泡沫镍基底的铁基金属有机框架材料的制备、调控及电解水应用

发布时间：2023-05-11 00:57

　　目前,人类长期过度使用化石燃料带来了一系列的环境问题。人类迫切需要一种清洁、可持续和能量密度高的能源作为能量转换和储存的载体。氢能因其高效、无碳排放、低密度等优点受到人们的关注。电解水是一种污染较少的生产氢气的方法。然而,电极反应的高能垒限制了其在工业上大规模的应用,需靠良好的催化剂提升反应效率。贵金属如铂、钯、钌及其氧化物(如氧化铑、氧化铱等)是目前用于析氢反应(HER)及产氧反应(OER)的良好的商业催化剂。然而,贵金属因其价格昂贵、陆地稀缺及电解过程部分溶解等特点无法大规模应用。因此,有必要开发廉价、高效且稳定的催化剂作为贵金属催化剂的取代物。金属有机框架(MOFs)是一类多孔晶体材料,拥有多样的金属节点,且节点以不同的配体桥梁连接。同时,作为电极,泡沫镍作为基底能为电解水反应提供导电通路和减少气泡对电极的影响。因此,原位生长MOFs材料的泡沫镍作电极,因其操作方便、高效、廉价及广泛的应用前景受到研究者极大的关注。基于以上优点,本论文通过水热法合成了原位生长于泡沫镍上的Mn_xFe_yNi-MOF-74材料、Fe_xM<...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 氢气制备方法
        1.2.1 化石燃料制备氢气
        1.2.2 热化学制备氢气
        1.2.3 光催化制备氢气
        1.2.4 生物化学制备氢气
        1.2.5 电催化分解水制备氢气
    1.3 电化学分解水简述
        1.3.1 析氢反应(HER)
        1.3.2 产氧反应(OER)
        1.3.3 电催化分解水催化剂性能评价参数
        1.3.4 电催化分解水催化剂
    1.4 金属有机框架(Metal organic framework,MOFs)
        1.4.1 金属有机框架的介绍
        1.4.2 金属有机框架在产氧反应的应用
        1.4.3 金属有机框架在析氢反应的应用
    1.5 选题目的、意义和思路
        1.5.1 选题目的
        1.5.2 选题意义
        1.5.3 研究思路
第二章 实验部分
    2.1 实验试剂剂仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 电极制备
    2.3 样品表征
        2.3.1 催化剂物理性质表征
        2.3.2 电化学测试
第三章 Mn_xFe_yNi-MOF-74 制备及电解水催化性能研究
    3.1 引言
    3.2 材料制备
    3.3 实验结果及讨论
        3.3.1 Mn_xFe_yNi-MOF-74 的物理性质表征
        3.3.2 Mn_xFe_yNi-MOF-74 电催化分解水性能测试
        3.3.3 Mn0.52Fe0.71Ni-MOF-74 的电催化机理探究
    3.4 本章小结
第四章 Fe_xNi_y-BTC制备及电解水催化性能研究
    4.1 引言
    4.2 材料制备
    4.3 实验结果及讨论
        4.3.1 Fe_xM_y-BTC晶体结构和化学键
        4.3.2 Fe_xM_y-BTC的形貌表征
        4.3.3 Fe_xM_y-BTC的电解水催化性能测试
        4.3.4 Fe_xM_y-BTC电催化机理探究
    4.4 本章小结
第五章 不同Fe(Ⅲ):Fe(Ⅱ)比的MIL-88B的制备及在OER催化的应用
    5.1 引言
    5.2 材料制备
    5.3 实验结果和讨论
        5.3.1 不同Fe(Ⅲ):Fe(Ⅱ)比的MIL-88B的物理性质
        5.3.2 不同Fe(Ⅲ):Fe(Ⅱ)比的MIL-88B的OER催化性能测试
        5.3.3 MIL-88B的OER催化机理研究
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
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