MOF材料在析氢、析氧以及超级电容器中的应用
发布时间：2021-06-29 17:49
金属有机框架（MOF）材料不仅种类繁多、比表面积较大、孔隙率较高,而且还具有丰富的金属中心及碳源,可用作模板去制备多孔碳和金属/金属氧化物,因而被广泛应用在电化学领域中。本文围绕能源问题,制备了一系列MOF及其衍生类材料,并研究这些材料作为电极材料在析氢反应（HER）、析氧反应（OER）以及超级电容器中的应用,主要包括以下四个部分:1.通过溶剂热法合成了 Ni-MOF-74与氧化石墨烯（GO）的复合材料Ni-MOF-GO,再对其进行高温处理后,得到了一系列复合材料Ni/NiO@C/GR。通过线性扫描伏安法（LSV）、循环伏安法（CV）、电化学交流阻抗（EIS）等测试手段对Ni/NiO@C/GR电催化HER和OER的性能进行了研究。实验结果表明,相较于Ni-MOF-GO,Ni/NiO@C/GR对HER呈现出较高的电催化活性。尤其是在酸性溶液中,当GO的复合比为8%,碳化温度为900℃时,Ni/NiO@C/GR-900-8对HER表现出最好的电催化性能。塔菲尔斜率仅为44 mV/dec,且在10 mA/cm2的电流密度下,超电势仅为108mV。这些结果表明Ni/NiO@C/GR-900-8...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1双电层电容器的工作原理图
+、Co2+等。 MOF 为前驱体制备金属氧化物。MOF 材料中含有丰富的或氮气氛围中可以直接热处理生成相应的金属氧化物。氧化物相比，MOF 基衍生的金属氧化物与母体 MOF 具此具有较大的比表面积和较高的孔隙率。此外，MOF 基步和导电性碳材料进行复合，从而提高材料的导电能力。备了多种 MOF 基金属氧化物，如 CuO、Co3O4、Mn2O3F 基衍生的 Co3O4作为超级电容器的电极材料研究最为普著。2013 年，Meng 等人[64]以 Co-MOF 为前驱体制备多电容器的正极材料。在 2 M KOH 溶液中，电流密度为 1 F/g。2016 年，Yang 等人[65]以 Co-ZIF-67 为前驱体在 Ni Co3O4，制成 Co3O4/Ni 泡沫电极。在 1 M KOH 电解质溶A/g 时，比电容高达 1680 F/g。这些研究表明 MOF 基金属具有广泛的应用前景。
武汉理工大学硕士学位论文活性面积得到了提高，电催化 HER 和 OER 的效率增强。MOF 具有较大的表面积，优异的孔隙率以及可调节的孔径结构，被广泛应用在化学、生物等多个领域。此外，MOF 可以作为模板去制备金属以及金属氧化物的复合材料。本章实验中，我们选择 Ni-MOF-74 为模板，通过溶剂热法合成了 GO 与 Ni-MOF-74 的复合材料 Ni-MOF-GO(w%)，再以此为前驱体在高温碳化下制备金属 Ni、NiO 与石墨烯的复合材料 Ni/NiO@C/GR，合成路线如图 2-1所示。在高温碳化过程中，Ni-MOF-74 中的有机配体转化为多孔碳，金属中心则转化为 Ni 与 NiO 的纳米颗粒均匀分布在多孔碳基质上。此外，GO 在高温下容易转化为石墨烯(rGO)[77,78]。rGO 不但可以增加 Ni/NiO@C/GR 的 EEASA，提高材料的导电能力[79]；另一方面也促进了Ni与NiO颗粒在水溶液中的分散性[80]。基于此，Ni 基衍生材料对 HER 及 OER 具有优异的电催化活性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Design of Supercapacitor Electrodes Using Molecular Dynamics Simulations[J]. Zheng Bo,Changwen Li,Huachao Yang,Kostya Ostrikov,Jianhua Yan,Kefa Cen. Nano-Micro Letters. 2018(02)
[2]Ni-Fe基析氧阳极材料的研究进展[J]. 何杨华,徐金铭,王发楠,毛庆,黄延强. 化工进展. 2016(07)
[3]溶剂热法制备金属有机框架HKUST-1及其析氢性能[J]. 聂明,陆顺,李庆,刘晓卫,杜胜娟. 中国科学:化学. 2016(04)
[4]氮掺杂介孔碳的制备及其电化学超电容性能（英文）[J]. 徐玲玲,张小华,陈金华. 物理化学学报. 2014(07)
[5]碳/导电聚合物复合电极材料的研究进展[J]. 咸绪刚,杜伟,王美丽,曹焕苹,何涛. 材料导报. 2014(13)
[6]电沉积纳米镍合金在模拟海水溶液中的析氢性能[J]. 宋利君,孟惠民. 物理化学学报. 2010(09)
博士论文
[1]用于超级电容器的金属氧化物及其复合电极材料的制备与性能研究[D]. 郎俊伟.兰州理工大学 2010
硕士论文
[1]超级电容器电极材料的制备及电化学性能研究[D]. 农谷珍.大连理工大学 2009
本文编号：3256880
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1双电层电容器的工作原理图
+、Co2+等。 MOF 为前驱体制备金属氧化物。MOF 材料中含有丰富的或氮气氛围中可以直接热处理生成相应的金属氧化物。氧化物相比，MOF 基衍生的金属氧化物与母体 MOF 具此具有较大的比表面积和较高的孔隙率。此外，MOF 基步和导电性碳材料进行复合，从而提高材料的导电能力。备了多种 MOF 基金属氧化物，如 CuO、Co3O4、Mn2O3F 基衍生的 Co3O4作为超级电容器的电极材料研究最为普著。2013 年，Meng 等人[64]以 Co-MOF 为前驱体制备多电容器的正极材料。在 2 M KOH 溶液中，电流密度为 1 F/g。2016 年，Yang 等人[65]以 Co-ZIF-67 为前驱体在 Ni Co3O4，制成 Co3O4/Ni 泡沫电极。在 1 M KOH 电解质溶A/g 时，比电容高达 1680 F/g。这些研究表明 MOF 基金属具有广泛的应用前景。
武汉理工大学硕士学位论文活性面积得到了提高，电催化 HER 和 OER 的效率增强。MOF 具有较大的表面积，优异的孔隙率以及可调节的孔径结构，被广泛应用在化学、生物等多个领域。此外，MOF 可以作为模板去制备金属以及金属氧化物的复合材料。本章实验中，我们选择 Ni-MOF-74 为模板，通过溶剂热法合成了 GO 与 Ni-MOF-74 的复合材料 Ni-MOF-GO(w%)，再以此为前驱体在高温碳化下制备金属 Ni、NiO 与石墨烯的复合材料 Ni/NiO@C/GR，合成路线如图 2-1所示。在高温碳化过程中，Ni-MOF-74 中的有机配体转化为多孔碳，金属中心则转化为 Ni 与 NiO 的纳米颗粒均匀分布在多孔碳基质上。此外，GO 在高温下容易转化为石墨烯(rGO)[77,78]。rGO 不但可以增加 Ni/NiO@C/GR 的 EEASA，提高材料的导电能力[79]；另一方面也促进了Ni与NiO颗粒在水溶液中的分散性[80]。基于此，Ni 基衍生材料对 HER 及 OER 具有优异的电催化活性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Design of Supercapacitor Electrodes Using Molecular Dynamics Simulations[J]. Zheng Bo,Changwen Li,Huachao Yang,Kostya Ostrikov,Jianhua Yan,Kefa Cen. Nano-Micro Letters. 2018(02)
[2]Ni-Fe基析氧阳极材料的研究进展[J]. 何杨华,徐金铭,王发楠,毛庆,黄延强. 化工进展. 2016(07)
[3]溶剂热法制备金属有机框架HKUST-1及其析氢性能[J]. 聂明,陆顺,李庆,刘晓卫,杜胜娟. 中国科学:化学. 2016(04)
[4]氮掺杂介孔碳的制备及其电化学超电容性能（英文）[J]. 徐玲玲,张小华,陈金华. 物理化学学报. 2014(07)
[5]碳/导电聚合物复合电极材料的研究进展[J]. 咸绪刚,杜伟,王美丽,曹焕苹,何涛. 材料导报. 2014(13)
[6]电沉积纳米镍合金在模拟海水溶液中的析氢性能[J]. 宋利君,孟惠民. 物理化学学报. 2010(09)
博士论文
[1]用于超级电容器的金属氧化物及其复合电极材料的制备与性能研究[D]. 郎俊伟.兰州理工大学 2010
硕士论文
[1]超级电容器电极材料的制备及电化学性能研究[D]. 农谷珍.大连理工大学 2009
本文编号：3256880
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