MOF衍生的金属氮碳材料在锂-氧电池中的应用
发布时间：2024-01-14 16:07
非水系锂-氧(Li-O2)电池具有超高的理论能量密度,作为当前最有前景的电化学储能系统之一受到广泛关注。锂-氧电池正极在充放电过程中会经历具有迟滞动力学特性的氧还原(ORR)和氧析出反应(OER),因此需要设计出高催化活性和良好稳定性的正极催化剂。以金属有机骨架(Metal-organic frameworks,MOFs)为前驱体,在惰性氛围下高温热解得到的金属氮碳(M-N-C)材料不仅可以在一定程度上保留母体MOFs的高表面积和孔结构,同时能够显著改善材料的导电性和稳定性,因而可以进一步提升M-N-C材料的电催化活性,使催化剂在苛刻的反应条件下更加稳定。基于此,本论文中选取了两种典型的沸石咪唑骨架(Zeolitic imidazolate frameworks,ZIFs),ZIF-9和ZIF-67,作为主要研究对象,通过引入异质金属和构建多级孔结构来提高催化活性,本论文的主要研究内容如下:(1)首先,在合成Co-ZIF-9的过程中发现了一种新的MOF结构,以往文献报道合成的多数Co-ZIF-9都含有杂质,产物并非纯相的Co-ZIF-9,却没有给出明确解释。在此,...
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 金属有机框架及其衍生物概述
1.2.1 金属有机框架材料简介
1.2.2 金属有机骨架材料的结构特点
1.2.2.1 比表面积和孔结构特点
1.2.2.2 金属有机骨架的稳定性
1.2.2.3 金属有机骨架的导电性
1.2.3 金属有机骨架衍生的纳米材料简介
1.2.4 金属有机框架衍生的纳米材料在电化学领域的应用
1.3 MOFs衍生的金属氮碳(M-N-C)材料用作氧还原催化剂
1.3.1 MOFs作为主体制备M-N-C材料
1.3.2 直接以MOFs为前体制备M-N-C材料
1.3.3 掺杂异质元素
1.3.4 M-Nx活性位点的优化
1.4 锂-氧电池概述
1.4.1 锂-氧电池的工作原理,基本结构及特点
1.4.2 锂-氧电池正极催化剂研究进展
1.5 论文选题背景及研究内容
第二章 新型Co-MOF晶体的合成及表征
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验试剂及仪器
2.3 Co-ZIF-9 以及新型Co-MOF的合成
2.3.1 微波辅助合成Co-ZIF-9
2.3.2 溶剂热合成Co-ZIF-9
2.3.3 新型Co-MOF的合成
2.4 Co-MOF合成示意图
2.5 FTIR分析
2.6 XRD图谱分析
2.6.1 微波合成与溶剂热合成XRD图谱分析
2.6.2 不同溶剂合成的产物XRD图谱对比
2.7 Co-MOF结构解析
2.7.1 Co-MOF的晶体结构
2.7.2 Co-ZIF-9和Co-MOF晶体数据对比
2.8 本章小结
第三章 双金属FeCo-ZIF-9 的制备及氧还原催化性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验材料及仪器
3.3 氧还原催化剂的制备
3.3.1 不同Fe掺杂比例FeCo-ZIFs-X前驱体的制备
3.3.2 FeCo-N-C-X材料的制备
3.3.3 氧还原催化性能测试
3.4 材料表征
3.4.1 MOFs材料的XRD图分析
3.4.2 微观形貌分析
3.4.3 热解后产物XRD图分析
3.5 氧还原催化性能测试
3.5.1 Co-N-C材料的循环伏安测试(CV)和线形扫描伏安测试(LSV)
3.5.2 FeCo-N-C材料的循环伏安测试(CV)和线形扫描伏安测试(LSV)
3.6 本章小结
第四章 双金属FeCo-ZIF衍生的多级孔FeCo-N-C的制备及锂-氧电池性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验试剂及仪器
4.2.2 多级孔FeCo-N-C催化剂的制备
4.2.2.1 聚苯乙烯微球(PS)模板的合成
4.2.2.2 多级孔FeCo-N-C的制备
4.3 电化学性能测试
4.3.1 正极材料制备
4.3.2 电解液的配制
4.3.3 电池组装
4.3.4 电化学性能
4.4 结果与讨论
4.4.1 催化剂制备流程图
4.4.2 XRD图谱分析
4.4.3 氮气吸脱附测试
4.4.4 微观形貌分析
4.4.5 XPS图谱分析
4.5 电化学性能分析
4.6 放电产物形貌分析
4.7 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
作者简介
硕士期间发表论文
致谢
本文编号：3878539
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
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摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 金属有机框架及其衍生物概述
1.2.1 金属有机框架材料简介
1.2.2 金属有机骨架材料的结构特点
1.2.2.1 比表面积和孔结构特点
1.2.2.2 金属有机骨架的稳定性
1.2.2.3 金属有机骨架的导电性
1.2.3 金属有机骨架衍生的纳米材料简介
1.2.4 金属有机框架衍生的纳米材料在电化学领域的应用
1.3 MOFs衍生的金属氮碳(M-N-C)材料用作氧还原催化剂
1.3.1 MOFs作为主体制备M-N-C材料
1.3.2 直接以MOFs为前体制备M-N-C材料
1.3.3 掺杂异质元素
1.3.4 M-Nx活性位点的优化
1.4 锂-氧电池概述
1.4.1 锂-氧电池的工作原理,基本结构及特点
1.4.2 锂-氧电池正极催化剂研究进展
1.5 论文选题背景及研究内容
第二章 新型Co-MOF晶体的合成及表征
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验试剂及仪器
2.3 Co-ZIF-9 以及新型Co-MOF的合成
2.3.1 微波辅助合成Co-ZIF-9
2.3.2 溶剂热合成Co-ZIF-9
2.3.3 新型Co-MOF的合成
2.4 Co-MOF合成示意图
2.5 FTIR分析
2.6 XRD图谱分析
2.6.1 微波合成与溶剂热合成XRD图谱分析
2.6.2 不同溶剂合成的产物XRD图谱对比
2.7 Co-MOF结构解析
2.7.1 Co-MOF的晶体结构
2.7.2 Co-ZIF-9和Co-MOF晶体数据对比
2.8 本章小结
第三章 双金属FeCo-ZIF-9 的制备及氧还原催化性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验材料及仪器
3.3 氧还原催化剂的制备
3.3.1 不同Fe掺杂比例FeCo-ZIFs-X前驱体的制备
3.3.2 FeCo-N-C-X材料的制备
3.3.3 氧还原催化性能测试
3.4 材料表征
3.4.1 MOFs材料的XRD图分析
3.4.2 微观形貌分析
3.4.3 热解后产物XRD图分析
3.5 氧还原催化性能测试
3.5.1 Co-N-C材料的循环伏安测试(CV)和线形扫描伏安测试(LSV)
3.5.2 FeCo-N-C材料的循环伏安测试(CV)和线形扫描伏安测试(LSV)
3.6 本章小结
第四章 双金属FeCo-ZIF衍生的多级孔FeCo-N-C的制备及锂-氧电池性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验试剂及仪器
4.2.2 多级孔FeCo-N-C催化剂的制备
4.2.2.1 聚苯乙烯微球(PS)模板的合成
4.2.2.2 多级孔FeCo-N-C的制备
4.3 电化学性能测试
4.3.1 正极材料制备
4.3.2 电解液的配制
4.3.3 电池组装
4.3.4 电化学性能
4.4 结果与讨论
4.4.1 催化剂制备流程图
4.4.2 XRD图谱分析
4.4.3 氮气吸脱附测试
4.4.4 微观形貌分析
4.4.5 XPS图谱分析
4.5 电化学性能分析
4.6 放电产物形貌分析
4.7 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
作者简介
硕士期间发表论文
致谢
本文编号：3878539
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教材专著
