MOFs材料制备的过渡金属催化剂电化学性能和机理的研究

发布时间：2023-06-05 18:41

　　能源需求的增长以及大量消耗化石燃料造成的环境污染,在很大程度上促进了人们对能源转换和储存设备的深入研究。电催化析氧反应(OER)和氧还原反应(ORR)阴极缓慢的反应速率成为可持续能源装置系统的瓶颈,如燃料电池及可充电金属空气电池。贵金属及其合金催化剂虽然具有很高的对ORR和OER的催化活性,但由于贵金属的稀缺性和这类催化剂的不稳定性,严重阻碍了它们的广泛应用。因此,开发同时适用于ORR和OER的低成本且高耐久的电催化剂,是实现可再生电化学能源技术实用化的重要一步。金属-有机框架材料作为一种高度有序的三维骨架结构材料,具有超高比表面积、多种成分和可控多孔结构在过去几十年中受到了人们特别地关注。我们可以改变金属离子/团簇和有机连接体,通过配位键组装生成不同功能的MOFs材料。同时,过渡金属与氮元素共掺杂碳(M/N-C)材料作为一种很有发展前景的新型高效催化剂应运而生。此外,过渡金属硫化物,氧化物以及氢氧化物等也具有良好的催化性能。因此本研究课题以MOFs为前驱体,制备了一系列以过渡金属为主要活性物质的低成本高性能催化剂,并探索了其OER/ORR的催化机理和规律以及在电池中的实际应用。本论文...

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 .课题研究背景和意义
    1.2 .新型化学电池概述
        1.2.1 .燃料电池
        1.2.2 .金属-空气电池
        1.2.3 .析氧反应的机理
        1.2.4 .氧还原反应机理
    1.3 .电极催化剂种类
        1.3.1 .贵金属催化剂
        1.3.2 .非贵金属催化剂
        1.3.3 .无金属催化剂
    1.4 .MOFs材料概述
        1.4.1 .MOFs材料简介
        1.4.2 .MOFs材料应用
    1.5 .研究思路及内容
第二章 实验部分
    2.1 .实验试剂和仪器
    2.2 .材料的制备方法
        2.2.1 .Ni-MOF为前体制备NiS₂/Fe催化剂
        2.2.2 .FeZIF-8 为前体制备CoFe@NCNTs/ZnS催化剂
    2.3 .材料的表征手段
        2.3.1 .扫描电子显微镜(SEM)
        2.3.2 .透射电子显微镜(TEM)
        2.3.3 .氮气吸附/脱附比表面积测试仪(BET)
        2.3.4 .拉曼光谱(Raman Spectra)
        2.3.5 .X-射线电子能谱(XPS)
        2.3.6 .X-射线衍射光谱(XRD)
    2.4 .电化学性能表征
        2.4.1 .工作电极的预处理和制备
        2.4.2 .工作电极的活化
        2.4.3 .材料电化学性能的测试
第三章 铁掺杂二硫化铁纳米球颗粒在碱性介质中催化产氧性能的研究
    3.1 .引言
    3.2 .NiS₂/Fe的结构表征
    3.3 .NiS₂/Fe的电化学性能表征
    3.4 .小结
第四章 硫化锌负载在包覆钴铁纳米颗粒的氮掺杂碳纳米管在碱性溶液中氧还原和产氧性能的探究及应用
    4.1 .引言
    4.2 .CoFe@NCNTs/ZnS的结构表征
    4.3 .CoFe@NCNTs/ZnS的电化学性能表征
    4.4 .小结
第五章 结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件



本文编号：3831836