ZIF-67衍生的中空多孔碳材料的制备及其电催化性能研究

发布时间：2022-08-12 17:41

　　电催化氧还原反应和析氧反应（ORR/OER）是燃料电池、金属空气电池和电解水等能源转换的基础和关键。但是ORR/OER反应自身需要跨过很高的能垒,反应速率十分缓慢,因此,合理设计高效的ORR/OER电催化剂至关重要。另一方面,传统的贵金属基催化剂,如Pt基催化剂和Ir/Ru基催化剂,虽然具有很好的催化活性,但由于原材料稀缺、成本高和稳定性差等因素的影响,使其大规模商业化应用面临挑战。因此,开发高效的非贵金属ORR/OER电催化剂具有重要的意义。本论文设计制备了两种基于ZIF-67的中空多孔碳材料,并研究其电催化性能,主要研究内容如下:（1）基于ZIF-67的双壳中空多孔碳材料的制备及其氧还原电催化性能研究。首先,以ZIF-67为模板,利用模板与三聚硫氰酸（TCA）的配位作用在ZIF-67表面生长钴-三聚硫氰酸配合物制备出核壳纳米颗粒ZIF-67@Co-TCA-x;然后,高温热解ZIF-67@Co-TCA-x得到一种中空多孔碳纳米材料Co-N/S-DSHCN-x;最后,研究Co-N/S-DSHCN-x催化剂的氧还原电催化活性。结果表明,Co-N/S-DSHCN-3.5具有最高的氧还原电催... 

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1章 文献综述
    1.1 引言
    1.2 类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)的概况
        1.2.1 ZIFs材料的概况
        1.2.2 ZIFs材料的制备方法
        1.2.3 ZIFs材料的应用
    1.3 氧还原反应电催化剂研究进展
        1.3.1 电催化氧还原反应机理
        1.3.2 无金属碳材料氧还原电催化剂
        1.3.3 非贵金属碳材料氧还原电催化剂
    1.4 析氧反应电催化剂研究进展
        1.4.1 电催化析氧反应机理
        1.4.2 无金属碳材料析氧反应催化剂
        1.4.3 非贵金属碳材料析氧反应催化剂
    1.5 本论文的研究思路及主要内容
第2章 基于ZIF-67@Co-TCA的双壳中空多孔碳材料的制备及其氧还原电催化性能研究
    2.1 前言
    2.2 实验部分
        2.2.1 ZIF-67的合成
        2.2.2 ZIF-67@Co-TCA-x的合成
        2.2.3 Co,N和S共掺杂的双壳型中空碳纳米材料Co-N/S-DSHCN和Yolk-shell型碳纳米材料Co-N/S-YSHCN的制备
        2.2.4 工作电极的制备和电化学测试
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 ZIF-67@Co-TCA的合成与表征
        2.3.2 双壳型中空碳纳米材料Co-N/S-DSHCN和 Yolk-shell型碳纳米材料Co-N/S-YSHCN的制备和表征
        2.3.3 Co-N/S-DSHCN-3.5的ORR催化性能研究
    2.4 本章小结
第3章 ZIF-67@PDA核壳微球的制备及衍生的双笼型中空多孔碳材料的电催化性能研究
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 ZIF-67的合成
        3.2.2 ZIF-67@PDA-x的制备
        3.2.3 Co-DCPs-x的合成
        3.2.4 工作电极制备及电化学性能测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 ZIF-67@PDA-x颗粒的合成与表征
        3.3.2 双笼型中空多孔碳材料Co-DCPs-x的制备和表征
        3.3.3 Co-DCPs-x的 ORR催化性能研究
        3.3.4 Co-DCPs-x的 OER催化性能研究
    3.4 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表论文情况
附录A 实验原料与试剂
附录B 催化剂的结构及形貌表征方法



本文编号：3676317