通過將前體ZIF-67高溫?zé)峤獠⒉捎肗a BH₄還原的方法制得表面富含氧空位的多孔碳復(fù)合材料（R-Co/NC-800）。利用X射線衍射（XRD）、場發(fā)射掃描電鏡（FESEM）、高分辨透射電鏡（HRTEM）、X射線光電子能譜儀（XPS）等手段對材料的物相、形貌、元素分布以及表面化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了表征;采用線性掃描伏安法（LSV）等方法研究了材料的電催化水氧化活性。結(jié)果表明制得的多孔碳復(fù)合材料（R-Co/NC-800）與未經(jīng)NaBH₄還原處理的Co/NC-800樣品對比,其表面氧空位濃度明顯增加,形成新的催化活性位點,有效提升了電催化水氧化活性。在1.0 mol/L KOH溶液中,達(dá)到10 mA/cm²的電流密度,所需過電勢僅為287 mV,同時表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性。 

【文章來源】：化工學(xué)報. 2020,71(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

ZIF-67的XRD譜圖(a),Co/NC-700、Co/NC-800、Co/NC-900以及R-Co/NC-800的XRD圖(b),Co/NC-700、Co/NC-800、Co/NC-900以及R-Co/NC-800的拉曼光譜圖(c),Co/NC-800和R-Co/NC-800的氮氣吸附-脫附等溫線及其對應(yīng)的孔徑分布(d)

拉曼光譜圖[圖1(c)]中Co/NC-T(T=700、800、900)與R-Co/NC-800對應(yīng)的曲線均顯示出兩個不同的特征峰，對應(yīng)于石墨碳的D峰與G峰，分別代表石墨化碳和缺陷碳[30];Co/NC-800的ID/IG值為1.044，略低于Co/NC-700(1.091)和Co/NC-900(1.064)，表明Co/NC-800中缺陷碳的比例更高，而這有利于其電催化活性的提高[30]，而R-Co/NC-800的ID/IG值(1.077)與Co/NC-800相差不大，說明R-Co/NC-800中碳骨架的石墨化程度和缺陷程度沒有發(fā)生明顯變化。Co/NC-800與R-Co/NC-800的N2吸附-脫附等溫線及其對應(yīng)的孔徑分布如圖1(d)所示，相對壓強(qiáng)為0.40～1.0間的滯后環(huán)表明了二者具有類似微/介孔結(jié)構(gòu)[31]，結(jié)果顯示Co/NC-800與R-Co/NC-800的BET比表面積分別為265.83、300.75 m2/g，平均孔徑分別為4.6、4.9 nm。這說明NaBH4溶液對Co/NC-800的表面進(jìn)行了改性，提高了材料的比表面積，這主要源于NaBH4將材料表面因空氣氧化生成的高價鈷還原為低價鈷的同時，有大量的氣泡產(chǎn)生，極大地豐富了材料表面的孔結(jié)構(gòu)，增大了比表面積；而大的比表面積有利于暴露更多的活性位點[31]。圖3 R-Co/NC-800的掃描電子顯微鏡圖(插圖為透射電子顯微圖)(a)，高分辨電子顯微鏡圖(b)、電子衍射圖(c)以及元素分布圖(d)

圖2 ZIF-67(a)、Co/NC-800(b)的掃描電子顯微鏡圖(插圖為透射電子顯微鏡圖)前體ZIF-67呈現(xiàn)出均勻的菱形正十二面體晶粒形貌[圖2(a)]，表面光滑，菱角清晰，尺寸為400 nm左右。Co/NC-800則較好地維持了前體的正多面體結(jié)構(gòu)[圖2(b)]，尺寸略有縮小，且樣品表面明顯變得粗糙，這主要歸因于熱解過程中大量有機(jī)成分分解造成的。Co/NC-800的TEM圖[圖2(b)插圖]顯示煅燒后由于有機(jī)成分的大量熱解，Co/NC-800失去了前體的實心結(jié)構(gòu)[圖2(a)插圖]，出現(xiàn)了大量孔結(jié)構(gòu)，其中灰色區(qū)域為樣品的碳骨架部分，黑色部分則代表著鈷納米顆粒，由圖可知鈷納米顆粒較為均勻地分布在石墨碳層中。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3031097