金属-有机框架基非贵电催化剂的设计合成与性能研究

发布时间：2024-06-01 13:07

　　随着能源枯竭和环境污染问题的日益严重,开发一种洁净、可再生的新能源来减少人们对传统化石燃料的依赖就变得尤为迫切。从理论上讲,通过水裂解的形式制备氢气在新能源开发方面的优势和潜力巨大,然而在实际应用中,电解水的催化过程通常需要铂(Pt)、钯(Pd)、钌(Ru)、铱(Ir)等贵金属的参与,鉴于贵金属的储量少、成本高的特性,目前电解水的大规模应用仍是个挑战,这就激发了人们对非贵电催化剂的研究热情。在非贵电催化剂的研究中,电催化活性主要受活性位点的固有活性和数目的影响,因此高效的电催化剂就需要对材料的组分、结构、尺寸和形貌实现精确的控制,而这也给电催化剂的制备方法提出了很大挑战。金属-有机框架材料(MOFs)作为一种新型的多孔材料,其结构丰富多样,组分灵活可调,无机和有机成分在原子级上实现了有序而周期性地排列,这些特性为功能纳米材料的设计合成提供了新思路。目前人们在MOFs的结构设计方面已经做了大量的工作,但对尺寸和形貌控制的研究相对较少。本论文主要在MOFs的基础上,探究包括纳米级MOFs材料,MOFs复合材料以及MOFs衍生物等一系列MOFs基纳米材料的设计合成方法,并通过电化学体系的构筑...

【文章页数】：186 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景和意义
    1.2 金属有机框架材料概述
    1.3 MOFs基纳米材料的研究进展
        1.3.1 纳米级MOFs材料的设计合成
        1.3.2 MOFs复合材料的设计合成
        1.3.3 MOFs衍生物的设计合成
    1.4 MOFs基催化剂在电催化领域的研究进展
        1.4.1 MOFs材料在电催化方面的应用
        1.4.2 MOFs复合材料在电催化方面的应用
        1.4.3 MOFs衍生物在电催化方面的应用
    1.5 选题依据和研究内容
    1.6 本学位论文的研究内容
    1.7 本学位论文的技术路线
    1.8 参考文献
第二章 MOFs基非贵电催化剂的设计合成
    2.1 引言
    2.2 设计思路和研究内容
    2.3 实验部分
        2.3.1 实验试剂
        2.3.2 实验设备
    2.4 材料的制备方法
        2.4.1 Fe/Ni基MOFs内凹八面体的制备
        2.4.2 Fe基MOFs纳米棒的制备
        2.4.3 Ni基MOFs纳米片的制备
        2.4.4 Ni/Zn基MOFs纳米花的制备
        2.4.5 Ni基MOFs空心球的制备
        2.4.6 Al基MOFs纳米片,空心球,核壳-结构纳米球的制备
        2.4.7 泡沫镍(碳布)支撑的MOFs纳米材料的制备
        2.4.8 MOFs衍生物的制备
    2.5 电极制备
        2.5.1 电极预处理
        2.5.2 电极活化
        2.5.3 工作电极制备
    2.6 电化学测试
    2.7 结果与讨论
        2.7.1 0维、1维和2维MOFs材料的控制合成
        2.7.2 特殊形貌的MOFs材料的控制合成
        2.7.3 MOFs复合材料的控制合成
        2.7.4 MOFs衍生物的控制合成
    2.8 本章小结
    2.9 参考文献
第三章 三金属MOFs材料的析氧反应性能研究
    3.1 引言
    3.2 设计思路和研究内容
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 Fe/Ni基双金属MOFs纳米棒的合成与表征
        3.3.2 Fe/Ni基双金属MOFs纳米棒的性能测试
        3.3.3 Fe/Ni基三金属MOFs纳米棒的合成与表征
        3.3.4 Fe/Ni基三金属MOFs纳米棒的性能测试
        3.3.5 Fe/Ni基MOFs纳米棒催化OER的机理探索
        3.3.6 泡沫镍支持的Fe/Ni基MOFs材料的合成及OER性能研究
    3.4 本章小结
    3.5 参考文献
第四章 超薄双金属MOFs纳米片的水氧化性能研究
    4.1 引言
    4.2 设计思路和研究内容
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 Ni-Fe-MOFs纳米片的形貌表征
        4.3.2 Ni-Fe-MOF纳米片的结构表征
        4.3.3 Ni-Fe-MOF纳米片制备方法的优越性分析
        4.3.4 单金属Ni-MOF纳米片及Fe-MOFs的合成与表征
        4.3.5 Ni-Fe-MOF纳米片的电催化性能研究
        4.3.6 Ni-Fe-MOF纳米片的催化OER的机理探索
        4.3.7 Ni-Fe-MOF纳米片的催化OER的理论计算
    4.4 本章小结
    4.5 参考文献
第五章 NiCo/CNTs复合材料的制备及析氢性能研究
    5.1 引言
    5.2 设计思路和研究内容
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 Ni/Co基双金属MOFs空心球的合成与表征
        5.3.2 Ni/Co-MOFs衍生物的合成与表征
        5.3.3 热解温度和气氛对Ni/Co-MOFs衍生物形貌的影响
        5.3.4 Ni/Co-MOFs衍生物的电催化性能测试
    5.4 本章小结
    5.5 参考文献
第六章 总结与展望
攻读学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3985936