本文關鍵詞：ZIF-67衍生鈷基材料的制備及其電化學性質(zhì)研究

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【摘要】：金屬有機骨架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)是一種由金屬離子和有機配體通過配位鍵組裝成的無機-有機雜化功能材料。由于其合成方法簡單、靈活的多孔性、比表面積大和結構靈活可控等特點,使得近年來在分子識別、磁學、光致發(fā)光、藥物傳遞、氣體儲存和催化等方面引起廣泛的關注。但是,較差的導電能力限制了MOF電化學應用,所以,我們巧妙的利用ZIF-67前驅體,實現(xiàn)其衍生金屬基功能材料在生物傳感器、鋰電池、電解水析氫和氧還原領域的應用,主要工作如下:(1)通過ZIF-67合成介孔十二面體Co3O4應用葡萄糖氧化,實現(xiàn)了無酶、非貴金屬的葡萄糖檢測,當檢測葡萄糖時,具有2.0μM-6.06 mM的濃度檢測窗口,靈敏度高達708.4μA mM-1cm-2,響應時間少于2 s,而且,在葡萄糖氧化的基礎上搭建燃料電池,促進燃料到能源的綠色轉化。(2)通過改變合成ZIF-67的溶劑,合成出不同的ZIF-67結構,然后在空氣中高溫熱解,制備出菱形十二面體多孔Co3O4,將其用于鋰電池負極,多孔的空隙空間為Li+嵌入/脫出帶來體積變化提供了有效的緩沖,有助于電極材料在充放電的過程中保持穩(wěn)定的循環(huán)容量,并且循環(huán)至20圈時,充放電容量分別為1030.4 mAh g-1、969.8 mAh g-1,仍高于其理論比容量。(3)以ZIF-67為主體,引入二氰二胺混合高溫煅燒,合成嵌有金屬鈷納米顆粒的摻N碳納米管(Co@NCNT),利用XRD、比表面積分析、掃描電鏡、透射電鏡和X射線光電子能譜等表征手段對所制備的材料進行物相、結構及組分分析;并利用標準三電極系統(tǒng)對材料的析氫反應(HER)、氧還原反應(ORR)和葡萄糖氧化(GOR)電催化性能進行測試,表現(xiàn)出類似商業(yè)Pt-C(Pt負載量:20%)的催化活性。用于催化ORR時,工作穩(wěn)定性和耐甲醇能力方面遠優(yōu)于Pt-C。這種多功能的催化效果歸結于復合材料中各組分之間的協(xié)同效應。
【關鍵詞】：ZIF-67 鈷基材料 電催化 燃料電池 鋰電池
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB34;O646
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-23
• 1.1 引言9
• 1.2 MOFs概述9-10
• 1.2.1 MOFs的概況9-10
• 1.2.2 金屬有機框架材料的性質(zhì)和結構特點10
• 1.3 ZIFs概況10-12
• 1.3.1 ZIFs系列10-11
• 1.3.2 ZIFs的合成方法11-12
• 1.4 過渡金屬氧化物的葡萄糖生物傳感器研究現(xiàn)狀12
• 1.5 MOFs作為犧牲模版制備過渡金屬氧化物的鋰電池應用12-16
• 1.5.1 過渡金屬氧化物在鋰電池的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.5.2 MOFs制備過渡金屬氧化物的電化學性質(zhì)研究進展14-16
• 1.6. MOF衍生納米復合碳的電化學性質(zhì)研究進展16-22
• 1.6.1 MOF基及其碳化的研究現(xiàn)狀16
• 1.6.2 納米復合碳的析氫性質(zhì)研究16-17
• 1.6.3 納米復合碳的氧還原性質(zhì)研究17-21
• 1.6.4 納米復合碳在電化學生物傳感中的研究21-22
• 1.7 本課題的工作思路和創(chuàng)新點22-23
• 第二章 以ZIF-67為模板合成介孔Co_3O_4十二面體及其在葡萄糖生物傳感器與燃料電池的應用23-36
• 2.1 引言23-24
• 2.2 實驗部分24-27
• 2.2.1 實驗儀器24
• 2.2.2 實驗藥品24-25
• 2.2.3 材料的合成25-26
• 2.2.4 材料的表征技術26
• 2.2.5 電化學性能表征26-27
• 2.3 結果與討論27-35
• 2.3.1 樣品表征27-30
• 2.3.2 Co_3O_4-HND在葡萄糖傳感器中的應用30-35
• 2.4. 結論35-36
• 第三章 以ZIF-67框架結構為模板合成菱形Co_3O_4十二面體及鋰電池應用36-43
• 3.1 引言36-37
• 3.2 實驗部分37-39
• 3.2.1 實驗儀器37
• 3.2.2 實驗藥品37-38
• 3.2.3 材料的合成38
• 3.2.4 材料的表征技術38-39
• 3.2.5 鋰電池組裝與電化學測試39
• 3.3 結果與討論39-42
• 3.3.1 材料物性表征39-40
• 3.3.2 材料鋰電池性能測試40-42
• 3.4 小結42-43
• 第四章 ZIF-67衍生鈷基納米復合碳的電化學性質(zhì)研究43-60
• 4.1 引言43
• 4.2. 實驗部分43-47
• 4.2.1 實驗儀器43-44
• 4.2.2 實驗藥品44
• 4.2.3 材料的合成44-45
• 4.2.4 材料的表征技術45-46
• 4.2.5 電化學性能表征46-47
• 4.3 結果與討論47-59
• 4.3.1 材料物性表征47-50
• 4.3.2 Co@NCNT的電化學性質(zhì)研究50-59
• 4.4 小結59-60
• 第五章 結論60-61
• 參考文獻61-69
• 攻讀碩士期間獲得的成果69-70
• 致謝70

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本文編號：796671