基于含锌MOFs催化剂的制备及其氧气还原/析出性能

发布时间：2021-07-11 03:43

　　环境恶化和能源短缺问题日益突出,高效清洁的能量转换技术的研发成为解决这些问题的关键。锂空气电池由于其理论比能量密度高而引起广泛关注,然而其正极发生的OER/ORR反应极缓慢,降低了其实际能量密度。金属有机骨架材料的比表面积大、孔道结构丰富,在电催化领域具有巨大的应用潜力。金属Zn的沸点较低,在高温处理过程中,Zn的挥发可以使材料产生丰富的孔道。基于此,本文首先合成了含锌MOFs材料,然后对其进行掺杂、碳化制备成一系列电催化剂,并研究了它们的OER/ORR催化性能。通过搅拌合成法制备了 MOF-5,然后进行高温碳化、掺杂氮元素。所制备的催化剂颗粒分布均匀。在0.1 M的KOH电解液中,它们具有较好的ORR催化活性。其中,N/CMOF-5-500催化剂的ORR活性最佳,起始电压值为-0.088 V,半波电势值为-0.179 V,极限电流密度值为-5.510 mA·cm-2,Tafel斜率值为-44.2mV·dec-1,电子转移数为3.91;但是它的OER活性较差。氮元素掺杂可显著提高催化剂的ORR活性。通过搅拌合成法制备Co/ZIF-8,随后进行高温碳化。制备出的催化剂具有较高的缺陷度。在... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：96 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１四种锂－空气电池结构示意图ｌ｜６）??Ｆｉｇ．１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｆｏｕｒ?ｋｉｎｄｓ?ｏｆ?ｌｉ?

ｅｌ＾ｌｒｏｌｙｔｅｆ．ｌｍ?ｃａｔａｌｙｓｔｓ?ｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?ｃａｔａｌｙｓｔｓ?ｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ??图１－１四种锂－空气电池结构示意图ｌ｜６）??Ｆｉｇ．１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｆｏｕｒ?ｋｉｎｄｓ?ｏｆ?ｌｉｔｈｉｕｍ－ａｉｒ?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ??１．２．１水系电解液体系锂－空气电池??水性电解液体系锂－空气电池的负极是金属锂，正极为来自空气中的氧气，电解液??为水溶液体系，且产物具有水溶性，不易堵塞孔洞［１７］。其反应机理为：??酸性电解质［１８１：??总反应：４Ｌｉ＋０２＋４Ｈ＋—４Ｌｉ＋＋２Ｈ２０??式（１－１）??阴极反应：０２＋４Ｈ＋＋４ｅ－—２Ｈ２０?式（１－２）??碱性电解质［１９］：??总反应：４Ｌｉ＋０２＋２Ｈ２〇－＞４ＬｉＯＨ４?式（１－３）??阴极反应：〇２＋２Ｈ２〇＋４ｅ－４４０Ｈ－?式（１－４）??放电反应中，氧气经过正极上的孔道，输送至催化剂，与活性位接触后，得到电??子，化合价降低，在碱液中生成氢氧根离子，氢氧根离子进一步与锂离子结合，合成??具有水溶性的氢氧化锂。??水性电解液体系－锂空气的电解液成本低，且安全性高，并且由于电池的开路电压??２??

图３－１?ＭＯＦ－５的结构图??Ｆｉｇ．?３－１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＭＯＦ－５??体中，二价锌离子Ｚｎ２＋与〇２？离子形成Ｚｎ４０次级酸有机配体形成多孔三维结构。Ｍ０Ｆ－５的制备方

【参考文献】：
期刊论文
[1]Co3O4/聚吡咯/石墨烯碱性溶液中电化学还原氧（英文）[J]. 任素贞,郭亚男,马少博,毛庆,吴丹丹,杨莹,景洪宇,宋雪旦,郝策.  催化学报. 2017(07)
[2]Ni2+复合MOF-5材料的制备工艺及其电化学性能研究[J]. 郭誉,刘咏.  粉末冶金工业. 2017(02)
[3]ZIF-8基多孔碳的制备及吸附性能[J]. 王春宇,张晶,张青云,徐炳乾,杜艳.  化工进展. 2017(01)
[4]无机陶瓷固体电解质基固态锂空气电池的研究进展及挑战[J]. 孙继杨,崔忠慧,郭向欣.  陶瓷学报. 2016(05)
[5]ZIF-8的合成、表征及正己烷吸附性能[J]. 刘克峰,任丹妮,孙辉,沈本贤,刘纪昌.  高等学校化学学报. 2016(10)
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[8]基于有机电解液的锂空气电池研究进展[J]. 蒋颉,刘晓飞,赵世勇,何平,周豪慎.  化学学报. 2014(04)

博士论文
[1]锂/空气电池高性能阴极催化剂的制备及其研究[D]. 曾晓苑.华南理工大学 2015

硕士论文
[1]锂空气电池有机电解液的优化及其性能研究[D]. 刘东.深圳大学 2015



本文编号：3277266