铜基MOF材料及其衍生物的电催化性能研究

发布时间：2021-12-28 04:50

　　氢作为一种关键的能量载体,在水电解和燃料电池两种技术中发挥着重要的作用。电催化析氢反应（HER）是电解水中的阴极反应,而其逆反应氢的氧化反应（HOR）是燃料电池中的阳极反应。但电解水制氢受能耗高的限制,所以开发价格低廉、含量丰富、活性高、稳定性好的催化剂是目前急需解决的技术难点。由于其灵活的可控孔网结构和丰富的活性位点,金属有机框架（MOFs）材料成为有潜力的电解水制氢催化剂。本论文中,我们采用双配体策略,以3,5-吡唑二羧酸和1,10-菲啰啉为有机配体,构建稳定的过渡金属Cu活性中心,合成过渡金属有机框架材料,并研究其及其衍生物在酸性介质中电催化析氢性能和作用机制。首先,以3,5-吡唑二羧酸和1,10-菲啰啉为有机配体,硫酸铜为金属源,采用水热法来制备铜基金属有机框架（Cu-MOF）。为了研究Cu-MOF对电催化析氢反应的作用机制,我们将Cu-MOF和石墨粉物理混合,制备固体碳糊电极Cu-MOF/sCPE。利用阴极极化曲线、Tafel斜率、循环伏安扫描、电化学交流阻抗等电化学方法对Cu-MOF/sCPE上的电化学析氢行为进行评价,并结合FTIR、XRD、XPS、FESEM、FETEM... 

【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

HER析氢反应机理示意图

火山型模型图

随着价态能级的增加，碳基材料表面氢吸附强度降低，这与金属表察到的趋势相反。这种差异可以用这样一个事实来解释：在石墨烯-H 体系中墨烯的费米能级不想金属那样穿过 σ*轨道，而是穿过 σ 轨道。随着价态电道的降低，σ 轨道（能级）降低，导致填充态 σ 增加（即 H*吸附强度增强种差异可能是由于不同表面-H 键的能级不同造成的。对于石墨烯表面，H计态密度主要分布在费米能级附近，而对于 d-带金属如 Pt，其“埋藏”较深离费米能级[18-19]。4 析氢材料随着对析氢反应的深入研究以及对高效优质的析氢电催化材料（以下简称材料）的不断探索，电催化析氢领域得到了快速地发展，出现了性能优异丰富的析氢材料。到目前为止，基于图 1.3 所示的十几种元素合成了有效的电催化剂。根据物理和化学性质分为：贵金属析氢材料（Pt、R、Ir 类）、过属析氢材料（Fe、Co、Ni、Cu、Mo、W 等）和非金属析氢材料（C、N、等）。


本文编号：3553432