金屬有機(jī)框架（MOF）材料不僅種類(lèi)繁多、比表面積較大、孔隙率較高,而且還具有豐富的金屬中心及碳源,可用作模板去制備多孔碳和金屬/金屬氧化物,因而被廣泛應(yīng)用在電化學(xué)領(lǐng)域中。本文圍繞能源問(wèn)題,制備了一系列MOF及其衍生類(lèi)材料,并研究這些材料作為電極材料在析氫反應(yīng)（HER）、析氧反應(yīng)（OER）以及超級(jí)電容器中的應(yīng)用,主要包括以下四個(gè)部分:1.通過(guò)溶劑熱法合成了 Ni-MOF-74與氧化石墨烯（GO）的復(fù)合材料Ni-MOF-GO,再對(duì)其進(jìn)行高溫處理后,得到了一系列復(fù)合材料Ni/NiO@C/GR。通過(guò)線性掃描伏安法（LSV）、循環(huán)伏安法（CV）、電化學(xué)交流阻抗（EIS）等測(cè)試手段對(duì)Ni/NiO@C/GR電催化HER和OER的性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相較于Ni-MOF-GO,Ni/NiO@C/GR對(duì)HER呈現(xiàn)出較高的電催化活性。尤其是在酸性溶液中,當(dāng)GO的復(fù)合比為8%,碳化溫度為900℃時(shí),Ni/NiO@C/GR-900-8對(duì)HER表現(xiàn)出最好的電催化性能。塔菲爾斜率僅為44 mV/dec,且在10 mA/cm2的電流密度下,超電勢(shì)僅為108mV。這些結(jié)果表明Ni/NiO@C/GR-900-8... 

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圖1-1雙電層電容器的工作原理圖

+、Co2+等。 MOF 為前驅(qū)體制備金屬氧化物。MOF 材料中含有豐富的或氮?dú)夥諊锌梢灾苯訜崽幚砩上鄳?yīng)的金屬氧化物。氧化物相比，MOF 基衍生的金屬氧化物與母體 MOF 具此具有較大的比表面積和較高的孔隙率。此外，MOF 基步和導(dǎo)電性碳材料進(jìn)行復(fù)合，從而提高材料的導(dǎo)電能力。備了多種 MOF 基金屬氧化物，如 CuO、Co3O4、Mn2O3F 基衍生的 Co3O4作為超級(jí)電容器的電極材料研究最為普著。2013 年，Meng 等人[64]以 Co-MOF 為前驅(qū)體制備多電容器的正極材料。在 2 M KOH 溶液中，電流密度為 1 F/g。2016 年，Yang 等人[65]以 Co-ZIF-67 為前驅(qū)體在 Ni Co3O4，制成 Co3O4/Ni 泡沫電極。在 1 M KOH 電解質(zhì)溶A/g 時(shí)，比電容高達(dá) 1680 F/g。這些研究表明 MOF 基金屬具有廣泛的應(yīng)用前景。

武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文活性面積得到了提高，電催化 HER 和 OER 的效率增強(qiáng)。MOF 具有較大的表面積，優(yōu)異的孔隙率以及可調(diào)節(jié)的孔徑結(jié)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用在化學(xué)、生物等多個(gè)領(lǐng)域。此外，MOF 可以作為模板去制備金屬以及金屬氧化物的復(fù)合材料。本章實(shí)驗(yàn)中，我們選擇 Ni-MOF-74 為模板，通過(guò)溶劑熱法合成了 GO 與 Ni-MOF-74 的復(fù)合材料 Ni-MOF-GO(w%)，再以此為前驅(qū)體在高溫碳化下制備金屬 Ni、NiO 與石墨烯的復(fù)合材料 Ni/NiO@C/GR，合成路線如圖 2-1所示。在高溫碳化過(guò)程中，Ni-MOF-74 中的有機(jī)配體轉(zhuǎn)化為多孔碳，金屬中心則轉(zhuǎn)化為 Ni 與 NiO 的納米顆粒均勻分布在多孔碳基質(zhì)上。此外，GO 在高溫下容易轉(zhuǎn)化為石墨烯(rGO)[77,78]。rGO 不但可以增加 Ni/NiO@C/GR 的 EEASA，提高材料的導(dǎo)電能力[79]；另一方面也促進(jìn)了Ni與NiO顆粒在水溶液中的分散性[80]�；诖�，Ni 基衍生材料對(duì) HER 及 OER 具有優(yōu)異的電催化活性。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Design of Supercapacitor Electrodes Using Molecular Dynamics Simulations[J]. Zheng Bo,Changwen Li,Huachao Yang,Kostya Ostrikov,Jianhua Yan,Kefa Cen.  Nano-Micro Letters. 2018(02)
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[5]碳/導(dǎo)電聚合物復(fù)合電極材料的研究進(jìn)展[J]. 咸緒剛,杜偉,王美麗,曹煥蘋(píng),何濤.  材料導(dǎo)報(bào). 2014(13)
[6]電沉積納米鎳合金在模擬海水溶液中的析氫性能[J]. 宋利君,孟惠民.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2010(09)

博士論文
[1]用于超級(jí)電容器的金屬氧化物及其復(fù)合電極材料的制備與性能研究[D]. 郎俊偉.蘭州理工大學(xué) 2010

碩士論文
[1]超級(jí)電容器電極材料的制備及電化學(xué)性能研究[D]. 農(nóng)谷珍.大連理工大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3256880