【摘要】：為了解決工業(yè)迅速發(fā)展帶來的能源危機和全球變暖,需要開發(fā)能源轉換和儲存的新材料和新技術,以提供成本效益高、環(huán)境友好的新能源。近年來,能源轉換和儲存技術得到了研究人員的廣泛關注并取得了不錯的成就,如超級電容器、燃料電池,鋰離子電池等已經(jīng)應用于交通、電子設備、工業(yè)等方面。對于超級電容器和電催化裂解水來說,電極材料和電催化劑往往決定了其性能。因此,開發(fā)高效、穩(wěn)定的電極材料及電催化劑成為了研究的重點和難點。金屬有機骨架化合物(MOFs)是一類由無機和有機成分以配位鍵組成的具有周期性結構單元的晶狀雜化材料。其較高的比表面積、可調(diào)的孔徑、高孔隙率等優(yōu)點已被證實在超級電容器電極材料和電催化裂解水中有顯著的電化學性能。本論文以金屬有機骨架化合物為前驅體,制備不同結構或組成的金屬磷化物,并研究其在超級電容器及電催化裂解水中的性能,主要研究內(nèi)容如下:1.以甲銨和碳酸胍作為陽離子模板,甲酸作為配體,可溶性鈷鹽作為中心金屬離子,制備出兩種金屬有機骨架化合物[CH_3NH_3][Co(COOH)_3]和[C(NH_2)_3][Co(HCOO)_3]前驅體。通過在空氣下煅燒相應的前驅體,分別得到了Co_3O_4-MA和Co_3O_4-GC。隨后,將Co_3O_4-MA和Co_3O_4-GC進行低溫磷化處理,成功得到CoP-MA和CoP-GC。光滑的前驅體經(jīng)過煅燒和低溫磷化后表現(xiàn)出疏松多孔的結構,這種結構減少了催化劑與電解液間的傳質(zhì)阻力,有利于催化反應中的質(zhì)子傳輸和電子傳輸,并且增大了反應活性位點。電催化OER性能表明,在堿性電解液中,兩種催化劑均表現(xiàn)出較好的電催化活性。2.利用[CH_3NH_3][Co(COOH)_3]能與NaOH反應且溶于水這一特性,制備出了空心的Co(OH)_2。通過煅燒[CH_3NH_3][Co(COOH)_3]和空心Co(OH)_2以及隨后不同溫度低溫磷化處理得到目標產(chǎn)物實心CoP-T和空心CoP-T(T=300,350和400oC)。當作為超級電容器電極材料時,實心CoP-350oC和空心CoP-350oC在電流密度為1 A g~(-1)時,電容分別為427.6 F g~(-1)和560 F g~(-1),并且在5 A g~(-1)的電流密度下充放電10000圈后仍有91.2%電容保持率�？招腃oP-350oC電極電化學性能的提高得益于高比表面積以及獨特的空心結構。此外,以空心CoP-350oC作為正極,氮摻雜石墨烯(NG)作為負極組裝了非對稱超級電容器。電化學測試后發(fā)現(xiàn),在0.5 A g~(-1)的電流密度下,非對稱電容器的電容為68.8 F g~(-1),在功率密度為373 W kg~(-1)時,能量密度高達21.4 W h kg~(-1)。此外,在1 A g~(-1)的電流密度下循環(huán)6000圈后,電容保持率為81.2%。實驗結果證明了CoP納米結構可能是超電容器的理想材料。3.以碳酸胍作為陽離子模板,甲酸作為有機配體,高氯酸鈷、高氯酸鐵作為中心金屬離子,成功制備了金屬有機骨架化合物[C(NH_2)_3][Co(HCOO)_3]、[C(NH_2)_3][Fe(HCOO)_3]和一系列的[C(NH_2)_3][Co_xFe_(1-x)(COOH)_3](其中x=0.33,0.50,0.66,0.75和0.80)前驅體。再經(jīng)過一步低溫磷化處理相應的前驅體后,分別得到了CoP、FeP和一系列的Co_xFe_(1-x)-x P電催化劑。研究結果表明,鈷和鐵的比例對材料的性能有很大的影響。所制備的Co_(0.66)Fe_(0.33)P催化劑在堿性電解液中展現(xiàn)出優(yōu)秀的OER性能是得益于高比表面積、明確的多孔結構以及Co、Fe元素間的協(xié)同效應。該催化劑起始電位低、塔菲爾斜率小且穩(wěn)定性優(yōu)異,當電流密度為10 mA cm~(-2)時,所需的過電位僅為280 mV。以上結果證明所制備的Co_(0.66)Fe_(0.33)P催化劑適用于OER,并且有可能實際運用。
【圖文】：

圖 1-1 幾種金屬磷化物的晶體結構[9]屬碳化物和金屬氮化物類似，金屬磷化物是電和熱的良導體，其性、催化性能和電學性能等優(yōu)異的物理化學性質(zhì)使得金屬磷化物工業(yè)催化及能源轉換和儲存等領域有著廣泛的應用前景[10]。尤其性能和高理論容量在電解水催化劑和超級電容器電極材料方面注[11]。屬磷化物的制備方法 P 源的不同，過渡金屬磷化物可以根據(jù)適當方法的來成功制備[介紹一些常用的制備方法： 溶劑熱/水熱法法或溶劑熱法是一種常見的磷化物的制備方法，也是制備微納米法。該方法主要是在水熱釜所提供的密閉體系中，，以水或者其他，在一定的溫度和溶液中的自生壓力下，使常溫常壓下不能進行

圖 1-2 Li 等合成多孔 NiCoP 多面體的示意圖[16]金屬磷化物的應用金屬磷化物由 P 原子以填充半徑的方式占據(jù)金屬離子的晶格而的結構使其具有獨特的物理化學性質(zhì)，例如半導體性、磁性、等。這些獨特的物理化學性質(zhì)使它們在電化學領域和催化領域用前景。 加氫催化方面的應用6 年，Robison 等[18]第一次將過渡金屬磷化物用于加氫催化反應化物顯示出優(yōu)異的加氫催化反應性能。隨后，1998 年 Oyama oP 用于加氫催化反應中，并展開了一定的探討。此后，越來金屬磷化物在加氫催化反應中的作用機理展開了研究。 電催化分解水方面的應用
【學位授予單位】：新疆大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM53;O641.4

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 擺玉龍;;超級電容器電極材料的研究進展[J];新疆化工;2011年03期

2 ;中科院合肥物質(zhì)科學研究院石墨烯基超級電容器研制成功[J];中國建材資訊;2017年04期

3 林曠野;劉文;陳雪峰;;超級電容器隔膜及其研究進展[J];中國造紙;2018年12期

4 程錦;;超級電容器及其電極材料研究進展[J];電池工業(yè);2018年05期

5 曾進輝;段斌;劉秋宏;蔡希晨;吳費祥;趙盼瑤;;超級電容器參數(shù)測試與特性研究[J];電子產(chǎn)品世界;2018年12期

6 劉永坤;姚菊明;盧秋玲;黃錚;江國華;;碳纖維基柔性超級電容器電極材料的應用進展[J];儲能科學與技術;2019年01期

7 季辰辰;米紅宇;楊生春;;超級電容器在器件設計以及材料合成的研究進展[J];科學通報;2019年01期

8 余凡;熊芯;李艾華;胡思前;朱天容;劉蕓;;金屬-有機框架作為超級電容器電極材料研究的綜合性實驗設計[J];化學教育(中英文);2019年02期

9 王蕾;;伊朗讓紙變成“超級電容器” 可快速充放電[J];新能源經(jīng)貿(mào)觀察;2018年12期

10 李夢格;李杰;;超級電容器的原理及應用[J];科技風;2019年13期

相關會議論文 前10條

1 李艷;張升明;張振興;;高性能錳摻雜鉬酸鎳納米結構非對稱超級電容器[A];2019年第四屆全國新能源與化工新材料學術會議暨全國能量轉換與存儲材料學術研討會摘要集[C];2019年

2 馬衍偉;張熊;王凱;孫現(xiàn)眾;李晨;;高性能超級電容器的研究[A];第五屆全國儲能科學與技術大會摘要集[C];2018年

3 王凱;張熊;孫現(xiàn)眾;李晨;安亞斌;馬衍偉;;高性能超級電容器的關鍵材料與器件研究[A];第五屆全國儲能科學與技術大會摘要集[C];2018年

4 王振兵;;奧高性能石墨烯基超級電容器開發(fā)及其應用研究[A];第五屆全國儲能科學與技術大會摘要集[C];2018年

5 代杰;汪匯源;譚X>予;隋剛;楊小平;;二硫化鉬/中空碳球復合材料的制備及其在超級電容器中的應用[A];中國化學會2017全國高分子學術論文報告會摘要集——主題I：能源高分子[C];2017年

6 時志強;;開啟電力能量儲存與利用的新時代?——超級電容器技術與應用進展[A];2018電力電工裝備暨新能源應用技術發(fā)展論壇報告集[C];2018年

7 馬衍偉;張熊;孫現(xiàn)眾;王凱;;高性能超級電容器及其電極材料的研究[A];第三屆全國儲能科學與技術大會摘要集[C];2016年

8 邱介山;于暢;楊卷;;超級電容器用功能二維納米碳材料的合成及功能化[A];第三屆全國儲能科學與技術大會摘要集[C];2016年

9 孟月娜;武四新;;高倍率性的碳納米管基柔性超級電容器電極[A];中國化學會第30屆學術年會摘要集-第二十九分會：電化學材料[C];2016年

10 潘偉;薛冬峰;;鐵基超級電容器[A];中國化學會第30屆學術年會摘要集-第四十二分會：能源納米材料物理化學[C];2016年

相關重要報紙文章 前10條

1 山科;煤基電容炭有望規(guī)�；a(chǎn)[N];中國化工報;2014年

2 實習生 邱銳;碳納米管超級電容器問世[N];中國科學報;2012年

3 記者 來蒞;中國超級電容器技術及產(chǎn)業(yè)國際論壇在北海舉行[N];北海日報;2019年

4 記者 楊保國 通訊員 周慧;合肥工業(yè)大學等 研發(fā)可實時修復的伸縮型超級電容器[N];中國科學報;2019年

5 見習記者 魯珈瑞;開辟超級電容新路徑[N];中國電力報;2019年

6 重慶商報-上游新聞記者 鄭三波;“重慶造”超級電容器亮相[N];重慶商報;2019年

7 重慶商報-上游新聞記者 韋s

本文編號：2679538