近年來,隨著工業(yè)的快速發(fā)展,各種資源被大量開采和利用,導致環(huán)境污染問題越來越嚴重,同時也威脅著人類的生活與健康。環(huán)境的治理方式比較局限,而新能源的技術(shù)開發(fā)和利用則有廣泛的發(fā)展前景。諸如金屬-空氣電池、燃料電池等電化學轉(zhuǎn)換和儲能技術(shù)在當今社會扮演著重要角色。而這些技術(shù)的廣泛應用離不開高效、低毒、成本低廉和綠色可持續(xù)的催化劑。為了達到理想的電化學性能,貴金屬催化劑（如Pt、IrO₂、RuO₂）是目前最高效的催化劑。例如,Pt基納米材料是性能最優(yōu)異的氧還原（oxygen reduction reaction,ORR）電催化劑,但其資源稀缺且價格昂貴,大大限制了以ORR催化過程為核心的能源儲存的廣泛應用。近年來,金屬-有機框架（metal-oragnic frameworks,MOFs）廣泛被用作制備多孔碳基電催化劑的前驅(qū)體,這歸因于其優(yōu)異的性質(zhì),如比表面積大,源于不同金屬離子和有機配體的結(jié)構(gòu)和功能多樣性。本論文工作主要以MOFs衍生的碳基電催化劑為研究對象,通過模板法調(diào)控材料的形貌與結(jié)構(gòu),構(gòu)筑鋅-空氣電池體系,測定電化學性能。我們的合成策略（ZnO... 

【文章來源】：江蘇理工學院江蘇省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋅-空氣電池裝置圖

江蘇理工學院碩士學位論文]、石墨烯[51]、碳布[52]、聚丙烯腈納米纖維[53]等以實現(xiàn) MOFs 在熱解過程中有多孔結(jié)構(gòu)的碳基材料的產(chǎn)生。蘭亞乾課題組[54]通過合理的設計和靜電紡絲法合成了一維 ZnxCo1-x-ZIFs@AN：聚丙烯腈）纖維，其中 PAN 纖維作為 ZnxCo1-x-ZIFs 均勻分布的模板。如圖 熱解過程，PAN 纖維轉(zhuǎn)化為具有優(yōu)異導電性的碳纖維，這對于 ORR 催化劑是的。同時，通過有效地調(diào)節(jié) Zn/Co 摩爾比（x 值），可以精確地控制所得熱解墨化程度、Co-Nx活性位點、N 摻雜量以及催化劑的孔隙率。通過調(diào)整 Zn/Co熱解溫度，Co@N-PCF-3 表現(xiàn)出優(yōu)異的 ORR 催化活性，具有較正的半波電位（ vs. Ag/AgCl）、較大的電子轉(zhuǎn)移數(shù)（~3.9）、顯著的穩(wěn)定性和抗甲醇中毒性，甚業(yè) Pt/C（半波電位和電子轉(zhuǎn)移數(shù)分別對應于-169 mV vs Ag/AgCl 和~3.85），它道的 Co-N-C 中 ORR 性能最高的催化劑之一。

圖 1-3 Co/Co3O4@PGS 復合材料的合成示意圖此外，Zhaolin Liu 等研究人員[56]通過在柔性碳基底上直接生長 Co/CoNx納米顆粒修飾的氮摻雜碳納米陣列（NC-Co/CoNx），作為 MOFs 衍生的金屬氮化物碳基催化劑以用于柔性固態(tài)鋅-空氣電池。首先將 2D 層狀結(jié)構(gòu)的沸石咪唑啉骨架（Co-ZIF-L）前體碳化以獲得 Co 納米顆粒修飾的 NC 納米陣列（NC-Co），然后通過氮化過程獲得 Co/CoNx納米顆粒包埋的 NC。高度集成的 NC-Co/CoNx電極結(jié)合了每種單一組分的優(yōu)點，并在堿性介質(zhì)中顯示出卓越的雙功能活性。這種 NC-Co/CoNx納米陣列不僅可以在碳布上實現(xiàn)陣列化生長，實現(xiàn)層狀三明治結(jié)構(gòu)的柔性電池，而且也可以在微米級的碳纖維上生長，并進一步實現(xiàn)體積更小的纖維狀固態(tài)電池。這種纖維形狀的鋅-空氣電池可大幅提高儲能器件的體積功率密度并顯示出良好的機械柔性。1.4.3 MOFs 衍生金屬單原子催化劑以上所述的是負載型金屬納米顆粒催化劑，這類催化劑的表面原子占比并不高，導致大部分金屬原子未能有效利用，并且擁有復雜的表面結(jié)構(gòu)，存在不同配位環(huán)境的催化

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3006214