钴基MOF材料的合成及其性能测试与表征

发布时间：2018-02-06 04:30

  本文关键词： 金属有机框架(metal-organic-framework) 普鲁士蓝类似物 热致变色 析氧反应(OER)　出处：《山东大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：金属一有机框架材料(MOF)是近几十年来发展起来的一类配位聚合物,在催化、储能和分离中都有着广泛的应用。本文中,我们通过钴基化合物与不同的有机配体进行反应,形成不同的钴基MOF配位化合物,然后对其进行性质测试,主要研究了钴基MOF材料在变色响应及电催化产氧方面的性能。主要工作如下:1、钴基普鲁士蓝类似物(PBA)的制备及其热致变色和溶剂致变色性能研究以醋酸钴和钴氰化钾为原料,通过简单的溶液法在水中合成了钴基PBA,通过调节体系中柠檬酸钠的加入量,合成了形貌和尺寸大小都有差异的钴基普鲁士蓝类似物(Co3[Co(CN)6]2)。通过实验和理论计算对PBA的形成机理进行了研究,结果表明合成的PBAs中与二价钴配位的水分子会部分被加入的柠檬酸根所取代,同时柠檬酸根与相邻的配位水之间形成氢键,从而抑制了加热过程中PBA中配位水分子的脱除,最终实现了对PBA热致变色温度(40-80℃)的可调控制。除具有可调的热致变色温度外,所合成的PBAs还表现出非常快的热致变色速率和高的循环稳定性等特征。另外这种PBAs还具有溶剂致变色性能。以PBA-0为例,在水、各种醇类及乙睛等溶液中可以显示出不同的颜色,这主要是由于产物中的配位水与溶剂具有较强的结合能力,使配位水脱离骨架,使得产物Co(Ⅱ)从6配位转变成4配位,颜色也发生变化;但是PBA-300在不同溶剂中依然保持粉红色不变,主要是由于柠檬酸根的存在对配位水的脱除具有阻碍作用,使产物失去溶剂致变色效应。2、3D纳米花状钴基MOF材料的制备及其电化学性能研究以乙酸钴、乙酸镍和对苯二甲酸为原料,采用了简单的液相方法合成了镍掺杂的钴基MOF—Co10-xNix-BDC(0-3),此类MOF呈现均匀的花状,由薄的片层相互交叉而成。通过XRD、TEM、SEM、FTIR、XPS等手段对MOF产物进行了表征,并且通过调整体系中不同CoNi比例的合成方法和不同时间的跟踪实验过程研究了其形成机理。将所得的一系列MOF材料作为电催化剂用于电化学产氧(OER)测试,对其催化性能进行了对比,发现不同CoNi比例的MOFs产物均有较好的OER性能,其中MOF Co7Ni3-BDC性质最好,在1M的KOH溶液中的起始电势仅有1.44V,当电流密度为10mA cm-1时,其过电势只有334mV,塔菲尔斜率为72mV/dec。而且MOF材料的稳定性也不错,循环1000圈后性能仍然保持很好,在350mV的过电势下,电流密度能一直保持平稳不变。
[Abstract]:Metal-organic frame material (MOF) is a kind of coordination polymer developed in recent decades, which has been widely used in catalysis, energy storage and separation. We react with different organic ligands to form different cobalt-based MOF coordination compounds, and then test their properties. The performance of cobalt-based MOF in chromotropic response and electrocatalytic oxygen production was studied. The main work is as follows: 1. Preparation of Cobalt Prussian Blue analogue (PBA) and its Thermochromic and Solvent-Chromotropic Properties; Cobalt based PBA was synthesized in water by a simple solution method using cobalt acetate and potassium cobalt cyanide as raw materials. By adjusting the amount of sodium citrate in the system, the cobalt based Prussian blue analogue, CoCo3, which has different morphology and size, has been synthesized. [The formation mechanism of PBA was studied by means of experiments and theoretical calculations. The results show that the water molecules coordinated with cobalt in the synthesized PBAs will be partially replaced by the addition of citrate, and the hydrogen bond between the citrate and the adjacent coordination water will be formed. Thus, the removal of coordination water molecules in PBA during heating is restrained, and the adjustable control of thermochromic temperature of PBA (40-80 鈩，

本文编号：1493578