MOFs衍生的钴/镍基一维纳米组装结构的可控合成及电催化性能

发布时间：2022-02-18 19:39

　　科学技术的发展给我们的现代社会带来了极大的便利。然而,先进的技术大多依赖于碳基燃料如煤炭、天然气和石油。这些有限资源的消耗和它们对环境的影响迫使研究工作者们寻求可替代的能源。目前,很多为实现有效的能源转换和存储体系的创新想法和技术被不断提出,如:燃料电池、金属空气电池和碱性水裂解。虽然目前贵金属催化剂铂、钌和铱等具很高的催化活性,但是昂贵的价格和差的稳定性限制了它们的大规模商业化应用。因此,研究非贵金属催化剂替代贵金属催化剂相关的科学问题,为实现降低成本、推动新型能源商业化提供理论和实验依据具有重要意义。本论文首先概述了锌空电池、氧还原（ORR）和氧析出（OER）的相关知识和基本反应机理,电催化剂的研究现状和金属有机骨架配合物（MOFs）的有关知识和在电化学领域里的应用,并且阐述了当前非贵金属催化剂和MOFs衍生材料在研究中存在的主要问题和解决思路,通过探索简便的合成方法,得到了具有一定形貌的金属有机骨架配合物;然后以它们为前驱体,通过调控制备条件,获得了系列一维的具有较大比表面积、多孔和杂原子掺杂的钴/镍基纳米组装结构;最后通过多种测试手段表征,结果表明这种具有一维特殊结构催化剂具有... 

【文章来源】：河南师范大学河南省

【文章页数】：126 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究意义
    1.2 锌空电池概述
        1.2.1 锌空电池的组成
        1.2.2 ORR机理
        1.2.3 OER机理
    1.3 电催化剂的分类及概述
        1.3.1 贵金属及其合金
        1.3.2 过渡金属大环化合物
        1.3.3 过渡金属氧化物或硫化物
        1.3.4 非金属碳基催化材料和过渡金属碳基材料
    1.4 MOFs及其衍生物作为电催化剂的研究进展
        1.4.1 MOFs概述
        1.4.2 原始MOFs作为电催化剂的研究现状
        1.4.3 MOFs-衍生的材料作为电催化剂的研究现状
    1.5 本论文的选题依据、研究内容及创新之处
        1.5.1 本论文的选题依据
        1.5.2 本论文的主要研究内容
第二章 实验部分
    2.1 试剂与材料
    2.2 实验主要仪器
    2.3 材料表征及实验方法
        2.3.1 样品的表征测试
    2.4 电催化性能测试
        2.4.1 工作电极的预处理
        2.4.2 工作电极的制备
        2.4.3 氧还原(ORR)性能测试
        2.4.4 氧析出(OER)性能测试
        2.4.5 氢析出(HER)性能测试
        2.4.6 计时电位(Chronopotentiometry)性能测试
        2.4.7 锌空电池性能测试
        2.4.8 水裂解性能测试
第三章 镍基MOF衍生的镍纳米颗粒嵌入一维氮掺杂碳纳米管的制备及OER性能
    3.1 引言
    3.2 材料的制备
        3.2.1 Ni-MOF的制备
        3.2.2 NiNPs@N-CNTs的制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 NiNPs@N-CNTs的形成过程
        3.3.2 NiNPs@N-CNTs的结构表征
    3.4 NiNPs@N-CNTs的电化学性能
        3.4.1 NiNPs@N-CNTs的OER性能
        3.4.2 NiNPs@N-CNTs的稳定性
    3.5 结论
第四章 硫氮共掺杂的中空碳纳米柱包裹的高分散的钴纳米粒子的制备及ORR性能..
    4.1 引言
    4.2 材料的制备
        4.2.1 Co-MOF的制备
        4.2.2 Co@SN-CNP的制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 Co@SN-CNP的形成过程
        4.3.2 Co@SN-CNP的结构表征
    4.4 Co@SN-CNP的电化学性能
        4.4.1 Co@SN-CNP的ORR性能
        4.4.2 Co@SN-CNP的稳定性
    4.5 结论
第五章 钴基MOF衍生的钴纳米颗粒沉积在氮掺杂的双峰介孔碳纳米棒双功能催化剂及可再充锌空电池性能
    5.1 引言
    5.2 催化剂的制备
        5.2.1 Co-MOF的制备
        5.2.2 Co@N-CNR的制备
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 Co@N-CNR的形成过程
        5.3.2 Co@N-CNR的结构表征
    5.4 Co@N-CNR的电化学性能
        5.4.1 Co@N-CNR的ORR性能
        5.4.2 Co@N-CNR的OER性能
        5.4.3 Co@N-CNR的稳定性
        5.4.4 锌空电池性能测试
    5.5 结论
第六章 双核单壳纳米颗粒组装的S,N-共掺杂碳纳米管三功能电催化剂的构筑及可再充锌空电池和水裂解性能
    6.1 引言
    6.2 材料的制备
        6.2.1 Co-MOFs的制备
        6.2.2 Co-Co_9S_8@SN-CNTs-900的制备
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 催化剂Co-Co_9S_8@SN-CNTs-900的形成过程
        6.3.2 催化剂Co-Co_9S_8@SN-CNTs-900的结构表征
    6.4 Co-Co_9S_8@SN-CNTs-900的电性能
        6.4.1 Co-Co_9S_8@SN-CNTs-900的ORR性能
        6.4.2 Co-Co_9S_8@SN-CNTs-900的OER性能
        6.4.3 Co-Co_9S_8@SN-CNTs-900的HER性能
        6.4.4 Co-Co_9S_8@SN-CNTs-900的稳定性
        6.4.5 水裂解性能测试
        6.4.6 锌空电池性能测试
    6.5 结论
第七章 结论与展望
    7.1 主要结论
    7.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文、申请专利目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]New design paradigm for heterogeneous catalysts[J]. Aleksandra Vojvodic,Jens K.N?rskov.  National Science Review. 2015(02)



本文编号：3631431