二维过渡金属基ZIF及其衍生复合材料的制备与电化学性能研究.pdfVIP

二维过渡金属基ZIF及其衍生复合材料的制备与 电化学性能研究 摘要 随着化石燃料的日益耗竭，人类对清洁能源的需求日益增长。促进可持续能源 的综合利用是应对能源枯竭和环境退化挑战的有效途径，电化学被认为是实现化学 能与电能转换而不产生额外污染物的最重要的途径之一。其中析氧反应(OER)在各种 能量催化转换中扮演着重要角色，但OER是一种复杂的四电子传递过程，由于其热 力学不利和动力学迟缓，被认为是水分解研究的重难点。因此，OER需要有效的电 催化剂在高电流密度下来达到低过电位。 目前，用于OER和超级电容器的电极材料主要集中在过渡金属基材料，如过渡 金属氧化物、氢氧化物及硫化物等。近年来，金属有机框架(MOF)作为一种新型材料 引起了人们极大的研究兴趣。然而就当下的研究现状看，单一的过渡金属基材料难 以兼顾催化要求。因此，通过对一些过渡金属基MOF或其衍生物的研究，从而获得 高性能的OER催化剂成为一项必要且有益的探索。在本文中，利用水热法制备过渡 金属基ZIF进而得到过渡金属硫化物，磷化物复合异质材料作为电极，并详细研究 了它们的电化学催化性能。主要包括三个方面： 1．通过一步水热合成法，在泡沫镍上合成了一系列单金属至三金属MOF纳米 片，并将其直接作为OER催化电极材料研究了它们的电化学催化性能。研究发现该 材料因其多元金属间的协同作用以及二维结构的特点在OER催化上拥有极大的优 势，直接表现为，电流密度为100mA·cm之时，过电位仅为216mV。并且该材料具 有良好稳定性，在催化20小时后，仍具有高效的催化能力。 2．在泡沫镍上室温合成ZIF一67三角板阵列，利用离子交换法与Fez+在氮气保护 下发生反应，最后将其磷化，最终得到Fe掺杂的CoP三角板阵列纳米材料。整个过 程条件温和可取，在研究材料的电化学性能时发现相较于单一的ZIF一67，该材料在 mV。 催化性能上展现了更大的优势，在电流密度为10mA·cm。2时，过电位为253 纳米阵列。将异质结构的CoS纳米阵列直接生长在碳布上，结合过渡金属硫化物导 电性好和MOF多孔，比表面积大的优势，同时基底具有良好的导电性并可以直接作 为电极材料参与电极反应。该材料具有良好的电化学性能，用1tool·L。1的KOH作 为电解质溶液，在电流密度为1 F Ag。1时，该材料的特定电容量达到1540g一，能量 Wh 密度为168 kg～。此外，在经过5000次充放电循环后，电容损失率为12．7％。将 W 其设计成对称超级电容器后，在功率密度为6100 kg。1时，能量密度仍可达到93．25 Whkg‘。，具备了一定的应用前景。 关键词：析氧反应；MOF；过渡金属基ZIF；二维材料；超级电容器 of andElectrochemicalPerformance Preparation Derived Tw0．DimensionalTransitionMetalZIFand C omposites Abstract With offossil forclean is the fuels，demandenergygrowing． increasingdepletio