双配位金属有机骨架衍生电催化剂的制备及其氧还原性能的研究
发布时间：2023-09-16 10:22
铂催化剂由于具有高效的催化性能,已经被应用于质子交换膜燃料电池的阴极氧还原(ORR)反应,但是由于价格昂贵、储量稀缺、稳定性差等因素限制了其广泛应用。金属有机骨架(MOF)是一种由金属离子和有机配体通过配位键自组装而成的一种新型材料,具有结构可调控、比表面积高、孔道可调等优点,是非贵金属ORR催化剂的理想候选材料,但它也存在导电性低和单金属催化活性低等缺陷。本文通过水热法制备了Fe/Co双配位MOF材料,并通过碳化和酸洗处理,获得具有ORR催化性能的双配位MOF衍生材料,进一步采用静电纺丝技术,将双配位MOF衍生物制备成多孔碳纤维材料,构筑纤维网络提高催化剂导电性,以此来改善ORR综合催化性能。具体研究结果如下:采用水热合成法制备了Fe/Co双配位MOF材料,作为催化剂的前驱体,并通过碳化及酸洗制备了M-Ta(T为碳化温度)型催化剂,研究了碳化温度对于M-Ta材料的物质结构、比表面积、孔结构、石墨化程度等参数的影响,并探讨了M-Ta结构与ORR性能之间的关系。研究结果表明:随着温度的升高,M-Ta的石墨化程度逐渐提高,比表面积逐渐下降,M-800a材料表现出了较好的ORR催化性能,其起...
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 氧还原反应概述
1.3 氧还原催化剂研究进展
1.3.1 铂基催化剂
1.3.2 钯(Pd)基催化剂
1.3.3 金属氧化物型催化剂
1.3.4 非金属型催化剂
1.4 金属有机骨架材料
1.4.1 金属有机骨架的概述
1.4.2 金属有机骨架衍生材料应用于氧还原反应的催化剂
1.5 静电纺丝技术
1.5.1 静电纺丝纤维
1.5.2 静电纺丝纤维在氧还原中的应用
1.6 本课题的研究内容
第2章 实验部分
2.1 主要实验试剂及设备
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验设备
2.2 催化剂的制备
2.2.1 铁钴双配位MOF衍生催化剂的制备
2.2.2 纳米化铁钴双配位MOF衍生催化剂的制备
2.2.3 铁钴双配位MOF纤维衍生催化剂的制备
2.3 材料的物理表征方法
2.3.1 X射线粉末衍射分析
2.3.2 热重分析
2.3.3 场发射扫描电子显微镜表征
2.3.4 透射电子显微镜表征
2.3.5 激光拉曼光谱仪分析
2.3.6 氮气物理吸附表征
2.3.7 X射线光电子能谱表征
2.3.8 元素分析与电感耦合等离子体发射光谱仪
2.4 工作电极的制备
2.4.1 玻碳电极的清洗
2.4.2 电催化剂浆料的配制
2.4.4 膜电极的制备
2.5 电化学性能表征
2.5.1 循环伏安测试
2.5.2 线性扫描伏安曲线
2.5.3 计时电流
第3章 铁钴双配位MOF衍生催化剂的合成及其氧还原性能研究
3.1 引言
3.2 M-Ta的前驱体结构表征
3.3 M-Ta的结构表征
3.4 M-Ta电催化性能表征
3.4.1 M-Ta的 ORR活性及动力学测试
3.4.2 M-Ta的稳定性及抗干扰性研究
3.5 结果与讨论
3.6 本章小结
第4章 纳米铁钴双配位MOF衍生催化剂的制备及其氧还原性能研究
4.1 引言
4.2 N-Ta的前驱体结构表征
4.3 N-Ta的结构表征
4.4 N-Ta电催化性能表征
4.4.1 N-Ta的 ORR活性及动力学测试
4.4.2 N-Ta的稳定性及抗干扰性研究
4.5 结果与讨论
4.6 本章小结
第5章 铁钴双配位MOF纤维衍生催化网络的制备及其氧还原性能研究
5.1 引言
5.2 SxCNF-Ta的前驱体结构表征
5.2.1 S-MOF的结构表征
5.2.2 SxMOF-F的结构表征
5.3 SxCNF-Ta的结构表征
5.4 SxCNF-Ta的电催化性能表征
5.4.1 SxCNF-Ta的 ORR活性及动力学测试
5.4.2 SxCNF-Ta的稳定性及抗干扰性研究
5.5 结果与讨论
5.6 本章小结
第6章 结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果
本文编号：3846840
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 氧还原反应概述
1.3 氧还原催化剂研究进展
1.3.1 铂基催化剂
1.3.2 钯(Pd)基催化剂
1.3.3 金属氧化物型催化剂
1.3.4 非金属型催化剂
1.4 金属有机骨架材料
1.4.1 金属有机骨架的概述
1.4.2 金属有机骨架衍生材料应用于氧还原反应的催化剂
1.5 静电纺丝技术
1.5.1 静电纺丝纤维
1.5.2 静电纺丝纤维在氧还原中的应用
1.6 本课题的研究内容
第2章 实验部分
2.1 主要实验试剂及设备
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验设备
2.2 催化剂的制备
2.2.1 铁钴双配位MOF衍生催化剂的制备
2.2.2 纳米化铁钴双配位MOF衍生催化剂的制备
2.2.3 铁钴双配位MOF纤维衍生催化剂的制备
2.3 材料的物理表征方法
2.3.1 X射线粉末衍射分析
2.3.2 热重分析
2.3.3 场发射扫描电子显微镜表征
2.3.4 透射电子显微镜表征
2.3.5 激光拉曼光谱仪分析
2.3.6 氮气物理吸附表征
2.3.7 X射线光电子能谱表征
2.3.8 元素分析与电感耦合等离子体发射光谱仪
2.4 工作电极的制备
2.4.1 玻碳电极的清洗
2.4.2 电催化剂浆料的配制
2.4.4 膜电极的制备
2.5 电化学性能表征
2.5.1 循环伏安测试
2.5.2 线性扫描伏安曲线
2.5.3 计时电流
第3章 铁钴双配位MOF衍生催化剂的合成及其氧还原性能研究
3.1 引言
3.2 M-Ta的前驱体结构表征
3.3 M-Ta的结构表征
3.4 M-Ta电催化性能表征
3.4.1 M-Ta的 ORR活性及动力学测试
3.4.2 M-Ta的稳定性及抗干扰性研究
3.5 结果与讨论
3.6 本章小结
第4章 纳米铁钴双配位MOF衍生催化剂的制备及其氧还原性能研究
4.1 引言
4.2 N-Ta的前驱体结构表征
4.3 N-Ta的结构表征
4.4 N-Ta电催化性能表征
4.4.1 N-Ta的 ORR活性及动力学测试
4.4.2 N-Ta的稳定性及抗干扰性研究
4.5 结果与讨论
4.6 本章小结
第5章 铁钴双配位MOF纤维衍生催化网络的制备及其氧还原性能研究
5.1 引言
5.2 SxCNF-Ta的前驱体结构表征
5.2.1 S-MOF的结构表征
5.2.2 SxMOF-F的结构表征
5.3 SxCNF-Ta的结构表征
5.4 SxCNF-Ta的电催化性能表征
5.4.1 SxCNF-Ta的 ORR活性及动力学测试
5.4.2 SxCNF-Ta的稳定性及抗干扰性研究
5.5 结果与讨论
5.6 本章小结
第6章 结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果
本文编号：3846840
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教材专著
