非水系鋰-氧(Li-O₂)電池具有超高的理論能量密度,作為當(dāng)前最有前景的電化學(xué)儲能系統(tǒng)之一受到廣泛關(guān)注。鋰-氧電池正極在充放電過程中會經(jīng)歷具有遲滯動力學(xué)特性的氧還原(ORR)和氧析出反應(yīng)(OER),因此需要設(shè)計出高催化活性和良好穩(wěn)定性的正極催化劑。以金屬有機(jī)骨架(Metal-organic frameworks,MOFs)為前驅(qū)體,在惰性氛圍下高溫?zé)峤獾玫降慕饘俚?M-N-C)材料不僅可以在一定程度上保留母體MOFs的高表面積和孔結(jié)構(gòu),同時能夠顯著改善材料的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性,因而可以進(jìn)一步提升M-N-C材料的電催化活性,使催化劑在苛刻的反應(yīng)條件下更加穩(wěn)定�；诖�,本論文中選取了兩種典型的沸石咪唑骨架(Zeolitic imidazolate frameworks,ZIFs),ZIF-9和ZIF-67,作為主要研究對象,通過引入異質(zhì)金屬和構(gòu)建多級孔結(jié)構(gòu)來提高催化活性,本論文的主要研究內(nèi)容如下:(1)首先,在合成Co-ZIF-9的過程中發(fā)現(xiàn)了一種新的MOF結(jié)構(gòu),以往文獻(xiàn)報道合成的多數(shù)Co-ZIF-9都含有雜質(zhì),產(chǎn)物并非純相的Co-ZIF-9,卻沒有給出明確解釋。在此,...

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 前言
    1.2 金屬有機(jī)框架及其衍生物概述
        1.2.1 金屬有機(jī)框架材料簡介
        1.2.2 金屬有機(jī)骨架材料的結(jié)構(gòu)特點
            1.2.2.1 比表面積和孔結(jié)構(gòu)特點
            1.2.2.2 金屬有機(jī)骨架的穩(wěn)定性
            1.2.2.3 金屬有機(jī)骨架的導(dǎo)電性
        1.2.3 金屬有機(jī)骨架衍生的納米材料簡介
        1.2.4 金屬有機(jī)框架衍生的納米材料在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用
    1.3 MOFs衍生的金屬氮碳(M-N-C)材料用作氧還原催化劑
        1.3.1 MOFs作為主體制備M-N-C材料
        1.3.2 直接以MOFs為前體制備M-N-C材料
        1.3.3 摻雜異質(zhì)元素
        1.3.4 M-N_x活性位點的優(yōu)化
    1.4 鋰-氧電池概述
        1.4.1 鋰-氧電池的工作原理,基本結(jié)構(gòu)及特點
        1.4.2 鋰-氧電池正極催化劑研究進(jìn)展
    1.5 論文選題背景及研究內(nèi)容
第二章 新型Co-MOF晶體的合成及表征
    2.1 引言
    2.2 實驗部分
        2.2.1 實驗試劑及儀器
    2.3 Co-ZIF-9 以及新型Co-MOF的合成
        2.3.1 微波輔助合成Co-ZIF-9
        2.3.2 溶劑熱合成Co-ZIF-9
        2.3.3 新型Co-MOF的合成
    2.4 Co-MOF合成示意圖
    2.5 FTIR分析
    2.6 XRD圖譜分析
        2.6.1 微波合成與溶劑熱合成XRD圖譜分析
        2.6.2 不同溶劑合成的產(chǎn)物XRD圖譜對比
    2.7 Co-MOF結(jié)構(gòu)解析
        2.7.1 Co-MOF的晶體結(jié)構(gòu)
        2.7.2 Co-ZIF-9和Co-MOF晶體數(shù)據(jù)對比
    2.8 本章小結(jié)
第三章 雙金屬FeCo-ZIF-9 的制備及氧還原催化性能研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 實驗材料及儀器
    3.3 氧還原催化劑的制備
        3.3.1 不同F(xiàn)e摻雜比例FeCo-ZIFs-X前驅(qū)體的制備
        3.3.2 FeCo-N-C-X材料的制備
        3.3.3 氧還原催化性能測試
    3.4 材料表征
        3.4.1 MOFs材料的XRD圖分析
        3.4.2 微觀形貌分析
        3.4.3 熱解后產(chǎn)物XRD圖分析
    3.5 氧還原催化性能測試
        3.5.1 Co-N-C材料的循環(huán)伏安測試(CV)和線形掃描伏安測試(LSV)
        3.5.2 FeCo-N-C材料的循環(huán)伏安測試(CV)和線形掃描伏安測試(LSV)
    3.6 本章小結(jié)
第四章 雙金屬FeCo-ZIF衍生的多級孔FeCo-N-C的制備及鋰-氧電池性能研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 實驗試劑及儀器
        4.2.2 多級孔FeCo-N-C催化劑的制備
            4.2.2.1 聚苯乙烯微球(PS)模板的合成
            4.2.2.2 多級孔FeCo-N-C的制備
    4.3 電化學(xué)性能測試
        4.3.1 正極材料制備
        4.3.2 電解液的配制
        4.3.3 電池組裝
        4.3.4 電化學(xué)性能
    4.4 結(jié)果與討論
        4.4.1 催化劑制備流程圖
        4.4.2 XRD圖譜分析
        4.4.3 氮氣吸脫附測試
        4.4.4 微觀形貌分析
        4.4.5 XPS圖譜分析
    4.5 電化學(xué)性能分析
    4.6 放電產(chǎn)物形貌分析
    4.7 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
作者簡介
碩士期間發(fā)表論文
致謝



本文編號：3878539