MOFs衍生物的制备及催化电解水性能研究
发布时间：2021-06-24 07:44
随着能源危机及环境污染问题的日益严峻,人们迫切寻求可持续的绿色能源。电解水产氢作为清洁、可持续的产氢方式,受到了科研人员的广泛关注。但是目前商业电解水产氢催化剂的丰度低、成本高,无法大规模利用。为此,开发出低成本、高性能的电解水催化剂成为了近年来的研究趋势。成本低廉、储量丰富、性能优良的过渡金属催化剂在电解水领域得到了空前的发展。过渡金属中Ni和Co在地壳中的丰度高、催化性能优异,受到了研究者们的青睐,但金属催化材料如何在增大比表面积的同时保持良好的分散性,是当前研究的难点。而金属有机框架（MOFs）衍生的碳复合材料作为一种新型的功能材料,既含有催化活性的金属纳米颗粒,同时具有多孔、比表面积大、活性位点分布均匀、稳定性好及导电性好等优点,被广泛应用在催化电解水中。本论文利用简单、高效的水热法及高温热还原法,对不同MOFs进行热还原及掺杂处理,同时复合含氮石墨烯来提高其电解水性能。具体的内容包括:（1）通过高温碳化2D MOFs DUT-8（Ni）制备了2D Ni@C纳米片。对比不同碳化温度下复合材料的性能发现,DUT-8（Ni）在低温下没有完全分解,Ni纳米颗粒（Ni NPs）的结晶度...
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
–1(a)DUT-8(Ni)的XRD图谱；(b)不同热解温度下得到的Ni@C
第2章DUT-8衍生Ni@C催化剂制备及析氢性能研究25的两个峰，对应于C-C/C=C(sp2)，C-C(sp3)[115]。高温碳化后Ni@C-700℃中sp2杂化的C占主要成分。图2-2c中Ni2p3/2揭示了Ni@C-700℃中大部分的Ni保持其金属状态，与图2-1(b)中XRD结果一致，而855.2eV的小峰说明存在Ni2+的镍。图2-2(d)中O1s谱图中氧主要是吸附氧(Oads)的峰。2.3.2DUT-8(Ni)及Ni@C-X的微观形貌图2-3(a)DUT-8(Ni)和(b)Ni@C-700℃的扫描电子显微镜图；(c)Ni@C-700℃的时间图像；(d)Ni)@C-700℃的HR-TEM图像；(e)Ni@C-700℃的元素mapping图Figure2-3SEMimagesof(a)DUT-8(Ni)and(b)Ni@C-700℃;(c)TEMimageofNi@C-700℃;(d)HR-TEMimageofNi@C-700℃;(e)HAADF-STEMimageandelementalmappingofNi@C-700℃.DUT-8(Ni)和Ni@C-700℃的扫描电镜(SEM)图像如图2-3(a)和2-3(b)所示。制备的DUT-8(Ni)为花瓣状2D薄片。在图2-3(b)中，我们发现在碳化后的Ni@C-700℃的形貌也是花瓣状的纳米薄片，而薄片之间的距离变小，这可能是由于高温碳化过程中DUT-8(Ni)的团聚所致。此外，可以发现碳化后的薄片变小了，这可能是由于碳化过程中二乙烯的挥发造成的。可以看出，随着温度的升高，镍纳米颗粒呈团聚状。在800℃时，片状纳米颗粒团聚，表面Ni纳米颗粒尺寸最大。图2-3(c、d)为Ni@C-700℃透射电镜图像。说明所制备的催化剂为二维片状结构，许多纳米颗粒嵌在片上，镍纳米颗粒的尺寸为20nm。高分辨率TEM图像如图2-3(d)所示。晶格间距为0.21nm和0.18nm的条纹对应于镍的(111)和(200)晶面，0.33nm的间距对应于包裹着Ni纳米颗粒的石墨碳。图2-3(e)为高角度的环形暗场扫描透射电
第2章DUT-8衍生Ni@C催化剂制备及析氢性能研究26镜(HAADF-STEM)图像和元素映射，从中可以看出C均匀分布，其中NiNPs嵌入了均匀分布的C中。此外，在分布图中没有检测到N元素。图2-4不同温度退火的Ni@C-X样品的扫描电子显微镜图。(a,e)400℃；(b,f)500℃；(c,g)600℃；(d,h)800℃Figure2-4ThescanningelectronmicroscopyofNi@C-Xsamplesobtainedbyannealingatdifferenttemperatures.(a,e)400℃;(b,f)500℃;(c,g)600℃;(d,h)800℃.图2-4为DUT-8(Ni)在不同温度下退火后的材料的扫描电子显微镜。图2-4(a，e)是Ni@C-400℃的SEM图，从图中可以看出，当退火温度是400℃时，DUT-8(Ni)还没有被碳化，基本保留原有DUT-8的形貌，而且片上面Ni的纳米颗粒很少，与图2-1(b)XRD的结果是一致的。图2-4(b,f)是Ni@C-500℃的SEM图，可以看出，随着退火温度的升高，碳化程度变大。纳米片层表面有Ni纳米颗粒聚集，DUT-8纳米片层主要变成了碳层。这是因为2,6-萘二羧酸的熔点为310℃，温度低时DUT-8中的有机配体开始溶解，而达不到碳化，所以样品中保留部分DUT-8。图2-4(c,g)是Ni@C-600℃的SEM图，当退火温度达到600℃时，DUT-8(Ni)碳化完全，片层表面团聚现象明显，Ni纳米颗粒也变大。图2-4(d,f)是Ni@C-800℃的SEM图，当退火温度高达800℃时，片层间距变小，团聚现象严重，并且Ni纳米颗粒变大，这个结果与图2-1(b)XRD结果相同。
【参考文献】：
期刊论文
[1]MOF-derived Co9S8/MoS2 embedded in tri-doped carbon hybrids for efficient electrocatalytic hydrogen evolution[J]. Tian-Tian Chen,Rui Wang,Lin-Ke Li,Zhong-Jun Li,Shuang-Quan Zang. Journal of Energy Chemistry. 2020(05)
本文编号：3246687
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
–1(a)DUT-8(Ni)的XRD图谱；(b)不同热解温度下得到的Ni@C
第2章DUT-8衍生Ni@C催化剂制备及析氢性能研究25的两个峰，对应于C-C/C=C(sp2)，C-C(sp3)[115]。高温碳化后Ni@C-700℃中sp2杂化的C占主要成分。图2-2c中Ni2p3/2揭示了Ni@C-700℃中大部分的Ni保持其金属状态，与图2-1(b)中XRD结果一致，而855.2eV的小峰说明存在Ni2+的镍。图2-2(d)中O1s谱图中氧主要是吸附氧(Oads)的峰。2.3.2DUT-8(Ni)及Ni@C-X的微观形貌图2-3(a)DUT-8(Ni)和(b)Ni@C-700℃的扫描电子显微镜图；(c)Ni@C-700℃的时间图像；(d)Ni)@C-700℃的HR-TEM图像；(e)Ni@C-700℃的元素mapping图Figure2-3SEMimagesof(a)DUT-8(Ni)and(b)Ni@C-700℃;(c)TEMimageofNi@C-700℃;(d)HR-TEMimageofNi@C-700℃;(e)HAADF-STEMimageandelementalmappingofNi@C-700℃.DUT-8(Ni)和Ni@C-700℃的扫描电镜(SEM)图像如图2-3(a)和2-3(b)所示。制备的DUT-8(Ni)为花瓣状2D薄片。在图2-3(b)中，我们发现在碳化后的Ni@C-700℃的形貌也是花瓣状的纳米薄片，而薄片之间的距离变小，这可能是由于高温碳化过程中DUT-8(Ni)的团聚所致。此外，可以发现碳化后的薄片变小了，这可能是由于碳化过程中二乙烯的挥发造成的。可以看出，随着温度的升高，镍纳米颗粒呈团聚状。在800℃时，片状纳米颗粒团聚，表面Ni纳米颗粒尺寸最大。图2-3(c、d)为Ni@C-700℃透射电镜图像。说明所制备的催化剂为二维片状结构，许多纳米颗粒嵌在片上，镍纳米颗粒的尺寸为20nm。高分辨率TEM图像如图2-3(d)所示。晶格间距为0.21nm和0.18nm的条纹对应于镍的(111)和(200)晶面，0.33nm的间距对应于包裹着Ni纳米颗粒的石墨碳。图2-3(e)为高角度的环形暗场扫描透射电
第2章DUT-8衍生Ni@C催化剂制备及析氢性能研究26镜(HAADF-STEM)图像和元素映射，从中可以看出C均匀分布，其中NiNPs嵌入了均匀分布的C中。此外，在分布图中没有检测到N元素。图2-4不同温度退火的Ni@C-X样品的扫描电子显微镜图。(a,e)400℃；(b,f)500℃；(c,g)600℃；(d,h)800℃Figure2-4ThescanningelectronmicroscopyofNi@C-Xsamplesobtainedbyannealingatdifferenttemperatures.(a,e)400℃;(b,f)500℃;(c,g)600℃;(d,h)800℃.图2-4为DUT-8(Ni)在不同温度下退火后的材料的扫描电子显微镜。图2-4(a，e)是Ni@C-400℃的SEM图，从图中可以看出，当退火温度是400℃时，DUT-8(Ni)还没有被碳化，基本保留原有DUT-8的形貌，而且片上面Ni的纳米颗粒很少，与图2-1(b)XRD的结果是一致的。图2-4(b,f)是Ni@C-500℃的SEM图，可以看出，随着退火温度的升高，碳化程度变大。纳米片层表面有Ni纳米颗粒聚集，DUT-8纳米片层主要变成了碳层。这是因为2,6-萘二羧酸的熔点为310℃，温度低时DUT-8中的有机配体开始溶解，而达不到碳化，所以样品中保留部分DUT-8。图2-4(c,g)是Ni@C-600℃的SEM图，当退火温度达到600℃时，DUT-8(Ni)碳化完全，片层表面团聚现象明显，Ni纳米颗粒也变大。图2-4(d,f)是Ni@C-800℃的SEM图，当退火温度高达800℃时，片层间距变小，团聚现象严重，并且Ni纳米颗粒变大，这个结果与图2-1(b)XRD结果相同。
【参考文献】：
期刊论文
[1]MOF-derived Co9S8/MoS2 embedded in tri-doped carbon hybrids for efficient electrocatalytic hydrogen evolution[J]. Tian-Tian Chen,Rui Wang,Lin-Ke Li,Zhong-Jun Li,Shuang-Quan Zang. Journal of Energy Chemistry. 2020(05)
本文编号：3246687
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