【摘要】：近年來,金屬有機(jī)框架化合物(Metal-Organic Framework,MOF)因其自身結(jié)構(gòu),較大的比表面積,規(guī)則可調(diào)的孔徑和可拆剪的化學(xué)性質(zhì)等特點(diǎn)而被廣受關(guān)注,在氣體儲存、熒光傳感、多相催化、藥物傳輸?shù)确矫姹憩F(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛能。2014年初,有關(guān)MOF材料在電化學(xué)應(yīng)用的研究報(bào)道相對較少。不少研究人員將目光放到MOF材料上,旨在通過利用MOF的結(jié)構(gòu)特性用在電化學(xué)領(lǐng)域。本文通過對合成MOF的方法進(jìn)行優(yōu)化處理,使用改善后的方法快速制備HKUST-1、ZIF-8和ZIF-67作為研究對象用于電解水、生物檢測和能量儲存和轉(zhuǎn)換裝置。分別將MOF材料修飾到電極表面實(shí)現(xiàn)空白電極功能化,電化學(xué)析氫(HER),電化學(xué)傳感(Electrochemical sensor)和燃料電池陰極氧還原反應(yīng)(Oxygen Reduction Reaction,ORR)在能源和生物醫(yī)療領(lǐng)域越來越受到重視。MOF材料在以上領(lǐng)域的應(yīng)用亦存在著局限性,也提供了研究的可能。在本論文中,我們分別選擇已經(jīng)被報(bào)道的HKUST-1、ZIF-8和ZIF-67作為研究對象,探討了它們在HER、Electrochemical sensor和電化學(xué)分子選擇性催化應(yīng)用(ORR)上的可行性。相關(guān)的研究主要總結(jié)如下:本文采用溶劑熱法并通過有機(jī)溶劑活化處理,合成了藍(lán)紫色粉末狀多孔配合物HKUST-1,并使用有機(jī)溶劑(乙醇,丙酮等)進(jìn)行活化。分別使用XRD,SEM和XPS等技術(shù)對電極表面樣品的形貌與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,而后將其負(fù)載修飾在電極上進(jìn)行循環(huán)伏安曲線(CV),線性掃描伏安曲線(LSV)等電化學(xué)測試。測試結(jié)果表明相對于玻碳電極(GCE),未活化HKUST-1催化層電極的析氫電位正移達(dá)~532 mV,活化處理后HKUST-1的析氫電位正移達(dá)到~658 mV。該實(shí)驗(yàn)樣品形貌結(jié)構(gòu)的物理表征結(jié)果說明,HKUST-1具有較好的熱穩(wěn)定性和明顯的比表面積優(yōu)勢;經(jīng)全氟磺酸質(zhì)子膜(Nafion)溶液處理后,在提高HKUST-1的導(dǎo)電性的同時(shí),也滿足其對電化學(xué)穩(wěn)定性的要求,所得體系的電化學(xué)穩(wěn)定性也能進(jìn)一步滿足電化學(xué)應(yīng)用的要求。采用超聲輔助的方式,結(jié)合水熱法快速合成ZIF-8。通過物理涂覆方法對電極基底表面進(jìn)行修飾,然后使用Nafion溶液將ZIF-8固定在電極表面。以[Fe(CN)6]3+為探針分子對所得的ZIF-8/GC體系進(jìn)行了電化學(xué)檢測,說明樣品有效復(fù)合在玻碳電極上。進(jìn)一步分別通過XRD、FESEM、EDS-mapping和TEM對樣品的形貌結(jié)構(gòu)表征,使用CV、DPV和計(jì)時(shí)電流(i-t)等電化學(xué)測試技術(shù)檢測多巴胺。該體系具有較好的檢出限(0.05-20μM)和靈敏度(1.95×10-7 M),另外通過測量其100圈循環(huán)伏安曲線和相關(guān)物理表征,經(jīng)過100圈CV仍保持85%的氧化/還原電流,從而確定ZIF-8及體系的穩(wěn)定性。在快速合成(Zn-)ZIF-8的基礎(chǔ)上,我們利用ZIF系列的制備特點(diǎn),改變金屬源,合成了(Co-)ZIF-67。碳化,是一種有效的導(dǎo)電增強(qiáng)方式。碳化處理ZIF-67,制得C-67。分別使用XRD,SEM和TEM等技術(shù)對電極表面樣品的形貌與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,而后將其負(fù)載在電極上進(jìn)行線性掃描伏安曲線(LSV)、循環(huán)伏安曲線(CV)等電化學(xué)測試。而后將其應(yīng)用在直接甲醇燃料電池陰極催化劑上,通過CV,LSV和i-t等電化學(xué)測試,我們發(fā)現(xiàn)碳化后得到的C-67保持了ZIF-67的結(jié)構(gòu)特征,另一方面碳化也提高了自身的導(dǎo)電性。CV和RRDE測試的結(jié)果表明C-67對氧還原具有較好的催化特性與抗甲醇氧化能力。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O641.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2516450