基于金属有机框架物纳米材料可控制备及电催化应用
发布时间：2020-12-13 04:12
MOFs纳米材料在电催化领域可谓是方兴未艾。与其他催化剂相比,MOFs纳米材料具有许多优越性,这源于:（1）MOFs晶体易方便设计并构建;（2）MOFs晶体结构具有开放金属位点并含特定功能性杂原子;（3）MOFs晶体易封装客体,其晶格易修饰;（4）在空气或真空条件下煅烧,MOFs晶体易转化为具有高比表面积、更多活性位点的多孔MOFs基纳米材料,该材料不仅水及化学稳定性高,在电催化反应中,还可有效增大电解质与电极的接触面积,促进电荷在电解质-电极界面的转移,增加电催化活性;（5）构建自支撑MOFs基纳米材料直接用于电催化,可有效避免使用粘合剂导致的活性位点减少的缺陷,增加其活性利用率,提高其比容量。为此,本课题致力于高性价MOF基纳米材料的可控制备及电催化应用研究,研究内容包括以下四个部分:1.Cu-MOF衍生氮化碳纳米片复合材料的析氧研究。利用掺杂三聚氰胺的Cu-MOF凝胶作为前驱体,在高温下锻烧热解后制备成和C、N共掺杂并且负载CuO纳米颗粒的g-C3N4纳米片复合材料。该材料析氧反应（OER）活性优异且能够保持长时间稳定。2.Ni-MOF...
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CuO/CN-C3N4/Ni-f合成过程图
离心分离的Cu（II）-TDPAT@MelgelSEM图
济南大学硕士学位论文15聚氰胺不会改变MOF骨架，但会结合到Cu（II）-MOF孔中并负载在MOF纳米晶体的外表面上[59,60]。当加热到300℃时，在140℃看到的棒状晶体已经自组装成纳米片束（图2.3c和d），而值得注意的是，在空气中350°C下进一步氧化热解3h会产生更大的纳米片负载在Ni-f上，其尺寸约为1.0μm×1.0μm（图2.3f），但是这种变化可能会降低材料比表面能。令人兴奋的是，所得CuO/CN-C3N4/Ni-f材料的XRD图谱（图2.3e）在13.2°和27.9°处出现了明显匹配的衍射峰，对应g-C3N4的（110）和（002）晶面（JCPDSNo.87-1526）[61]，这表明在此过程中形成了g-C3N4。许多NPs均匀地负载在纳米片的表面上（图1g），而且从能量分散X射线分析光谱（EDX）获得的元素图谱结果显示，所制备的CuO/CN-C3N4/Ni-f中存在Cu和O元素（图2.5），意味着Cu（II）-MOF晶体中Cu（II）离子的原位氧化。相反，当在相同条件下热解不含三聚氰胺的Cu（II）-TDPATgel@/Ni-f时，仅获得掺杂CuONPs的纳米棒（图2.6a-b），而在CuO/CN/Ni-f的XRD谱图中g-C3N4的特征峰也未被观察到（图2.6c）。这些事实表明，三聚氰胺是纳米片中g-C3N4的直接来源。这种由相互连接的小NP→棒状晶体→小纳米片束→大纳米片的结构转换应归因于三聚氰胺和Cu（II）-MOF晶体之间的强相互作用，包括多个氢键和范德华力及相互之间逐渐的共热解过程。图2.3不同放大倍数的中间体SEM图:Cu（II）-TDPAT@Melgel/Ni-f加热到（a-b）140℃；（c-d）300℃；（e）CuO/CN-C3N4/Ni-f的XRD谱图；（f-g）CuO/CN-C3N4/Ni-f的SEM图（插图为高分辨率的TEM图）
本文编号：2913871
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CuO/CN-C3N4/Ni-f合成过程图
离心分离的Cu（II）-TDPAT@MelgelSEM图
济南大学硕士学位论文15聚氰胺不会改变MOF骨架，但会结合到Cu（II）-MOF孔中并负载在MOF纳米晶体的外表面上[59,60]。当加热到300℃时，在140℃看到的棒状晶体已经自组装成纳米片束（图2.3c和d），而值得注意的是，在空气中350°C下进一步氧化热解3h会产生更大的纳米片负载在Ni-f上，其尺寸约为1.0μm×1.0μm（图2.3f），但是这种变化可能会降低材料比表面能。令人兴奋的是，所得CuO/CN-C3N4/Ni-f材料的XRD图谱（图2.3e）在13.2°和27.9°处出现了明显匹配的衍射峰，对应g-C3N4的（110）和（002）晶面（JCPDSNo.87-1526）[61]，这表明在此过程中形成了g-C3N4。许多NPs均匀地负载在纳米片的表面上（图1g），而且从能量分散X射线分析光谱（EDX）获得的元素图谱结果显示，所制备的CuO/CN-C3N4/Ni-f中存在Cu和O元素（图2.5），意味着Cu（II）-MOF晶体中Cu（II）离子的原位氧化。相反，当在相同条件下热解不含三聚氰胺的Cu（II）-TDPATgel@/Ni-f时，仅获得掺杂CuONPs的纳米棒（图2.6a-b），而在CuO/CN/Ni-f的XRD谱图中g-C3N4的特征峰也未被观察到（图2.6c）。这些事实表明，三聚氰胺是纳米片中g-C3N4的直接来源。这种由相互连接的小NP→棒状晶体→小纳米片束→大纳米片的结构转换应归因于三聚氰胺和Cu（II）-MOF晶体之间的强相互作用，包括多个氢键和范德华力及相互之间逐渐的共热解过程。图2.3不同放大倍数的中间体SEM图:Cu（II）-TDPAT@Melgel/Ni-f加热到（a-b）140℃；（c-d）300℃；（e）CuO/CN-C3N4/Ni-f的XRD谱图；（f-g）CuO/CN-C3N4/Ni-f的SEM图（插图为高分辨率的TEM图）
本文编号：2913871
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