铁镍基金属有机骨架材料的制备及其析氧性能的研究

发布时间：2021-02-03 16:11

　　面对传统化石能源过度使用带来日益严重的环境问题,寻找清洁可再生能源变的尤为重要。氢能被认为是替代传统化石燃料的理想选择,其中电解水制氢为大规模制氢提供了一种清洁有效的方法。电解水过程中的阳极析氧半反应（OER）涉及到多步电子转移,动力学过程缓慢,被认为是有效水分解的重要瓶颈。因此我们的目标是制备高效稳定的阳极析氧催化剂。金属有机骨架（MOFs）材料因其较大的比表面积、可调的孔径、金属离子和有机配体多样性以及自身含有众多的被认为具有催化活性的MO₆（M=金属）八面体结构和暴露的亲水羧基,表现出了优异的电化学OER性能,使得其在电催化领域受到了广泛关注。但是由于MOFs的导电性通常比较差、孔径过小不利于传质过程等缺点,运用在电催化领域具有局限性。目前MOFs在电解水领域的应用主要是作为牺牲模板制备其氧化物、磷化物、碳氮化物,或是通过掺杂导电材料来增强其水氧化性能。本文通过溶剂热法制备了一系列的MOFs催化剂,并直接用做电解水阳极析氧催化剂。通过XRD、SEM、TEM、EDS、XPS等表征手段对其结构、形貌、组成及价态进行系统的分析。具体研究内容如下:1.溶剂热法一步合... 

【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 文献综述
    1.1 研究背景
        1.1.1 能源与环境
        1.1.2 氢能的优点
    1.2 主流制氢技术
        1.2.1 化石燃料制氢
        1.2.2 生物质制氢
        1.2.3 太阳能制氢
        1.2.4 电解水制氢
    1.3 阳极析氧催化剂的研究进展
        1.3.1 贵金属基催化剂
        1.3.2 过渡金属氧化物
        1.3.3 过渡金属氢氧化物
        1.3.4 过渡金属磷化物
        1.3.5 过渡金属硫化物
        1.3.6 过渡金属碳氮化物
    1.4 金属有机骨架材料在电解水中的应用
        1.4.1 MOFs作为牺牲模板在电解水的应用
        1.4.2 MOFs直接作为催化剂在电解水的应用
    1.5 课题依据及研究内容
第二章 实验条件及研究方法
    2.1 实验试剂及设备
    2.2 催化剂工作电极的制备方法
        2.2.1 泡沫镍基底的制备
        2.2.2 工作电极的制备
    2.3 催化剂的物理表征
        2.3.1 X射线衍射分析
        2.3.2 扫描电镜分析及能散X射线能谱分析
        2.3.3 高分辨透射电子显微镜
        2.3.4 X射线光电子能谱分析
        2.3.5 氮气吸附分析
        2.3.6 红外光谱分析
    2.4 电化学性能测试条件
第三章 铁镍基双金属MIL-101直接作为高效OER催化剂
    3.1 引言
    3.2 样品的制备
    3.3 催化剂的物理表征结果与分析
        3.3.1 Fe-MIL-101催化剂的物理表征
        3.3.2 双金属MIL-101催化剂的物理表征
        3.3.3 双金属MIL-101催化剂的元素及组成成分表征与分析
        3.3.4 Fe-MIL-100催化剂的物理表征
2O₃催化剂的物理表征">        3.3.5 纳米Fe₂O₃催化剂的物理表征
    3.4 催化剂的电化学性能测试
        3.4.1 析氧性能测试的结果与分析
        3.4.2 稳定性测试的结果与分析
    3.5 本章小结
第四章 在泡沫镍原位生长FeNi-MOF的析氧性能研究
    4.1 引言
    4.2 样品的制备
    4.3 催化剂结构的表征
        4.3.1 FeNi-MOF/NF催化剂的物象结构分析
        4.3.2 FeNi-MOF/NF催化剂的EDS表面元素分析
        4.3.3 FeNi-MOF/NF催化剂的XPS表面组分及价态分析
        4.3.4 Ni-MOF/NF、BDC/NF和NF的结构分析
    4.4 催化剂的电催化性能测试结果与分析
        4.4.1 析氧性能测试
        4.4.2 稳定性测试
    4.5 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 研究结论
    5.2 对后续工作展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3016796