共价有机聚合物的制备及其在能源催化中的应用
发布时间：2022-02-08 12:22
近年来,随着化石能源使用带来的一系列环境污染加剧以及化石能源本身的枯竭,开发清洁可再生能源已经成为了全世界关注的热点。氢能作为一种高能量密度且无污染的可再生能源被认为是一种可用于替代化石能源的应用前景广泛的清洁能源,同时氢燃料电池也由于其高能量转换效率、产物无污染被视为一种理想的动力提供装置。通过光解水将太阳能固定到氢气之中,然后使用氢燃料电池将氢能转换成可供机械设备直接使用的电能被认为是未来理想的能源转换体系之一。但是目前光解水制氢以及氢燃料电池中的能源转换过程效率较低,因此氢能制取和氢能使用过程中,不可避免的要涉及能源转换催化剂的使用。本文通过环己六酮与三聚氰胺聚合制备了一种具有二维结构的高含氮量的新型的共价有机聚合物（即COPHM）,并研究了该共价有机聚合物衍生物在能源转换过程中的催化作用。首先,通过共价有机聚合物原位生长的方式对二氧化钛进行了修饰改性,改变共价有机聚合物合成反应物的添加比例,制备了不同的共价有机聚合物修饰的二氧化钛材料（即TiO2@COPHM-0.1、TiO2@COPHM-1 和 TiO2@COPHM-10）并进行了光解水产氢实验。相较于未修饰的二氧化钛（3.1...
【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】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２典型的燃料电池和电解水系统
?北京化工大学硕士学位论文???的来源。他们的工作阐明了用于能源转换的石墨烯基电催化剂设计原则。然而，由于??缺乏精确的设计和可预测的过程，这些现有方法无法形成精确的结构和可控的活性位??点来用于的这些重要电催化反应。??１．４．２共价有机聚合物在电催化领域研究现状??｜?會??赛??？……靈＇：邏……－??ｙ?ｊ暴．??Ｉ??■??图１－３各种具有精确结构和可调活性中心的共价有机聚合物催化剂的设计，包括：非金属结构，??例如，只包含共价三嗪框架（ＣＴＦｓ）?［｜５】。杂金属嵌入，通过非贵金属优化催化活性【｜＊］。与碳纳??米管［９４】／石墨烯［９５】等导体复合，共价有机聚合物作为活性中心和可传导的基质促进电子转换过??程。层次结构包括二维的类石墨烯结构【９６］和具有高比表面积的三维结构［９７】??Ｆｉｇ．?１－３?Ｄｅｓｉｇｎ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ＣＯＰｓ?ｃａｔａｌｙｓｔｓ?ｗｉｔｈ?ｗｅｌｌ－ｄｅｆｉｎｅｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ａｎｄ?ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ?ａｃｔｉｖｉｔｙ，?ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ：??Ｎｏｎ－ｍｅｔａｌ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ，?ｆｏｒ?ｅｘａｍｐｌｅ，?ｏｎｌｙ?ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ?ｃｏｖａｌｅｎｔ?ｔｒｉａｚｉｎｅ－ｂａｓｅｄ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋｓ?（ＣＴＦｓ）［ｌ５１．??Ｈｅｔｅｒｏｍｅｔａｌ－Ｅｍｂｅｄｄｅｄ，?ｔａｋｅ?ｔｈｅ?ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｎｏｎ－ｎｏｂｌｅ?ｍｅｔａｌ?ｔｏ?ｏｐｔｉｍｉｚｅ?ｔｈｅ?ｃａｔａｌｙｔｉｃ?ａｃｔｉｖｉｔｙ１１８１．??Ｈｙｂｒｉｄ?ｗｉｔｈ?ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ?ｌｉｋｅ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏ?ｔｕｂｅＩ９４】／
?北京化工大学硕士学位论文???可行方法来调整非金属和杂原子掺杂物位置和结构，这使得优化活性位点含量提高效??率和机制研宄成为可能。??“［Ｔ?７?户圏３｜■屋??１?祕；■國??■ＭＭ??图１－５高效共价有机聚合物电化学催化剂设计策略??Ｆｉｇ．?１－５?Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ?ｔｏ?ｄｅｓｉｇｎ?ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ?ＣＯＰ－ｂａｓｅｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｓｔｓ??正如上面提到的，共价有机聚合物自身含有的杂原子提供了天然的催化位点和其??自身的几何特性提供了最佳的含量。此外，通过碳化过程，材料的电导率和稳定性可??以显著改善。具有可调活性中心的共价有机聚合物表现出作为电催化剂的巨大潜力且??具有能稳定和长期运行的能力，同时具有极好的甲醇和Ｃ０中毒耐受性。在图１－４中，??总结了共价有机聚合物作为〇１１１１催化剂在碱性介质中的性能［１７，１８，９８，９９］并与？１／（：进行??了比较，同时也展示了共价有机聚合物作为ＨＥＲＮ１和ＯＥＷ９４，１０〇１催化剂的催化性能。??起始电位和半波电位都是用于定性评价催化剂的活性主要参数。作为ＯＲＲ催化剂，??共价有机聚合物表现出卓越的性能。金属掺杂共价有机聚合物更是表现出和Ｐｔ／Ｃ相近??的起始电位［９９，１（）｜］，甚至部分共价有机聚合物衍生催化剂在碱性溶液中展现出比Ｐｔ／Ｃ??更高的动力学电流和极限电流。??尽管在过去的十年里高效电催化剂的发展十分迅速，仍然有许多关于催化剂的关??键问题悬而未决。例如，目前尚不清楚为什么ＨＥＲ在碱性介质中的反应速率比酸性??介质中低，也不清楚金属对ＯＲＲ活性的贡献，对ＯＥＲ过程的理解仍然十分有限。出??于这方面的需求，具有卓越性能
本文编号：3615059
【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】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２典型的燃料电池和电解水系统
?北京化工大学硕士学位论文???的来源。他们的工作阐明了用于能源转换的石墨烯基电催化剂设计原则。然而，由于??缺乏精确的设计和可预测的过程，这些现有方法无法形成精确的结构和可控的活性位??点来用于的这些重要电催化反应。??１．４．２共价有机聚合物在电催化领域研究现状??｜?會??赛??？……靈＇：邏……－??ｙ?ｊ暴．??Ｉ??■??图１－３各种具有精确结构和可调活性中心的共价有机聚合物催化剂的设计，包括：非金属结构，??例如，只包含共价三嗪框架（ＣＴＦｓ）?［｜５】。杂金属嵌入，通过非贵金属优化催化活性【｜＊］。与碳纳??米管［９４】／石墨烯［９５】等导体复合，共价有机聚合物作为活性中心和可传导的基质促进电子转换过??程。层次结构包括二维的类石墨烯结构【９６］和具有高比表面积的三维结构［９７】??Ｆｉｇ．?１－３?Ｄｅｓｉｇｎ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ＣＯＰｓ?ｃａｔａｌｙｓｔｓ?ｗｉｔｈ?ｗｅｌｌ－ｄｅｆｉｎｅｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ａｎｄ?ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ?ａｃｔｉｖｉｔｙ，?ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ：??Ｎｏｎ－ｍｅｔａｌ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ，?ｆｏｒ?ｅｘａｍｐｌｅ，?ｏｎｌｙ?ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ?ｃｏｖａｌｅｎｔ?ｔｒｉａｚｉｎｅ－ｂａｓｅｄ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋｓ?（ＣＴＦｓ）［ｌ５１．??Ｈｅｔｅｒｏｍｅｔａｌ－Ｅｍｂｅｄｄｅｄ，?ｔａｋｅ?ｔｈｅ?ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｎｏｎ－ｎｏｂｌｅ?ｍｅｔａｌ?ｔｏ?ｏｐｔｉｍｉｚｅ?ｔｈｅ?ｃａｔａｌｙｔｉｃ?ａｃｔｉｖｉｔｙ１１８１．??Ｈｙｂｒｉｄ?ｗｉｔｈ?ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ?ｌｉｋｅ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏ?ｔｕｂｅＩ９４】／
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