功能化金属有机框架材料的制备及电催化应用研究
发布时间：2024-04-21 04:58
设计和发展高效低耗的电化学催化剂是当前电化学领域的研究热点之一。金属有机框架(MOFs)由于其大的比表面积、可调的结构和组成而备受关注。然而MOFs的低导电性和稳定性限制了其在电催化领域中的应用。因此将MOFs进行功能化,以提高其导电性和稳定性,拓宽其在电化学领域中的应用范围已成为当前研究的重要方向之一。本论文以ZIF-67、MOF-74和Co-MOFs几种MOFs材料为基础,采用与碳纤维复合和模板化两种方法对其进行功能化修饰,制备了五种基于MOFs的功能化材料,即MOFs复合材料和MOFs衍生的过渡金属基材料,分别为ZIF-67/碳纤维复合材料(ZIF-67/PCF和ZIF-67/SCF)、铜钴包覆的富氮多孔碳多面体(CuCo@NPCP)、双金属(CoFe、CoCu、CoNi)嵌入的氮掺杂碳框架(CoM(M=Fe,Cu,Ni)-NC)、多孔棒状钴镍双金属氮化物(CoxNiyN)和中空双金属碳化物/氮掺杂碳纳米管复合物(Co6Mo6C2@NCNT)。这些材料的修饰电极分别用于电...
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 文献综述
1.1 前言
1.2 金属有机框架材料概述
1.2.1 金属有机框架材料的简介
1.2.2 金属有机框架材料的分类和命名
1.3 功能化金属有机框架的研究进展
1.3.1 预功能化金属有机框架材料
1.3.2 金属有机框架复合材料
1.3.3 模板化金属有机框架材料
1.4 功能化金属有机框架材料在电化学中的应用
1.4.1 功能化金属有机框架材料在电催化水分解中的应用
1.4.2 功能化金属有机框架材料在燃料电池中的应用
1.4.3 功能化金属有机框架材料在电化学传感器中的应用
1.5 本工作的意义
第二章 碳纤维负载ZIF-67的电催化性能研究
2.1 前言
2.2 实验部分
2.2.1 试剂和仪器
2.2.2 碳纤维的制备
2.2.3 ZIF-67和ZIF-67/CF的制备
2.2.4 电化学测试
2.3 结果与讨论
2.3.1 ZIF-67、CF和ZIF-67/CF的形貌和结构表征
2.3.2 电催化还原硝基苯
2.3.3 电催化氧化L-半胱氨酸
2.4 结论
第三章 铜钴包裹富氮多孔碳材料用于电化学检测木犀草素
3.1 前言
3.2 实验
3.2.1 试剂和仪器
3.2.2 Cu@ZIF-67的合成
3.2.3 CuCo@NPCP的合成
3.2.4 电化学测试
3.3 结果与讨论
3.3.1 Cu@ZIF-67和CuxCo4-x@NPCP材料的表征
3.3.2 CuCo@NPCP材料修饰电极对木犀草素的电化学性能
3.3.3 实验条件的优化
3.3.4 计时库仑法
3.3.5 木犀草素的电化学传感
3.3.6 传感器的重现性、稳定性和抗干扰研究
3.3.7 实际样品分析
3.4 结论
第四章 ZIF-67衍生双金属(CoFe、CoCu、CoNi)嵌入氮掺杂碳框架用于碱溶液中析氧反应和析氢反应
4.1 前言
4.2 实验
4.2.1 试剂和仪器
4.2.2 CoxM1-x(M= Fe, Cu, Ni)-NC及其前驱体的制备
4.2.3 电化学测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 CoxM1-x(M= Fe, Cu, Ni)-NC的结构和形貌表征
4.3.2 CoxM1-x(M= Fe, Cu, Ni)-NC催化剂的电化学性能
4.4 结论
第五章 双金属MOF-74衍生多孔棒状钴镍氮化物用于全pH下析氢反应
5.1 前言
5.2 实验
5.2.1 试剂和仪器
5.2.2 MOF-74-Co、MOF-74-Ni和MOF-74-CoNi的合成
5.2.3 多孔Co3O4、NiO和CoxNiyO的合成
5.2.4 多孔Co3N、Ni3N和CoxNiyN的合成
5.2.5 电化学测试
5.3 结果与讨论
5.3.1 MOF-74和CoxNiyN材料的表征
5.3.2 多孔金属氮化物的电化学析氢反应性能
5.4 结论
第六章 新型的中空双金属钴钼碳化物/氮掺杂碳纳米管用于高效催化氧还原、析氢和析氧反应
6.1 前言
6.2 实验
6.2.1 试剂和仪器
6.2.2 PPy、MOFs和MOFs@PPy的制备
6.2.3 Co6Mo6C2、NCNT、Co6Mo6C2@NCNT-T(T=700、800、900℃)和Co6Mo6C2-NCNT的制备
6.2.4 电化学测试
6.3 结果与讨论
6.3.1 MOFs@PPy和Co6Mo6C2@NCNT材料的表征
6.3.2 Co6Mo6C2@NCNT材料的电催化氧还原(ORR)性能
6.3.3 Co6Mo6C2@NCNT材料的电催化析氢反应(HER)性能
6.3.4 Co6Mo6C2@NCNT材料的电催化析氧反应(OER)性能
6.4 结论
参考文献
致谢
在读期间公开发表论文情况
本文编号：3960437
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 文献综述
1.1 前言
1.2 金属有机框架材料概述
1.2.1 金属有机框架材料的简介
1.2.2 金属有机框架材料的分类和命名
1.3 功能化金属有机框架的研究进展
1.3.1 预功能化金属有机框架材料
1.3.2 金属有机框架复合材料
1.3.3 模板化金属有机框架材料
1.4 功能化金属有机框架材料在电化学中的应用
1.4.1 功能化金属有机框架材料在电催化水分解中的应用
1.4.2 功能化金属有机框架材料在燃料电池中的应用
1.4.3 功能化金属有机框架材料在电化学传感器中的应用
1.5 本工作的意义
第二章 碳纤维负载ZIF-67的电催化性能研究
2.1 前言
2.2 实验部分
2.2.1 试剂和仪器
2.2.2 碳纤维的制备
2.2.3 ZIF-67和ZIF-67/CF的制备
2.2.4 电化学测试
2.3 结果与讨论
2.3.1 ZIF-67、CF和ZIF-67/CF的形貌和结构表征
2.3.2 电催化还原硝基苯
2.3.3 电催化氧化L-半胱氨酸
2.4 结论
第三章 铜钴包裹富氮多孔碳材料用于电化学检测木犀草素
3.1 前言
3.2 实验
3.2.1 试剂和仪器
3.2.2 Cu@ZIF-67的合成
3.2.3 CuCo@NPCP的合成
3.2.4 电化学测试
3.3 结果与讨论
3.3.1 Cu@ZIF-67和CuxCo4-x@NPCP材料的表征
3.3.2 CuCo@NPCP材料修饰电极对木犀草素的电化学性能
3.3.3 实验条件的优化
3.3.4 计时库仑法
3.3.5 木犀草素的电化学传感
3.3.6 传感器的重现性、稳定性和抗干扰研究
3.3.7 实际样品分析
3.4 结论
第四章 ZIF-67衍生双金属(CoFe、CoCu、CoNi)嵌入氮掺杂碳框架用于碱溶液中析氧反应和析氢反应
4.1 前言
4.2 实验
4.2.1 试剂和仪器
4.2.2 CoxM1-x(M= Fe, Cu, Ni)-NC及其前驱体的制备
4.2.3 电化学测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 CoxM1-x(M= Fe, Cu, Ni)-NC的结构和形貌表征
4.3.2 CoxM1-x(M= Fe, Cu, Ni)-NC催化剂的电化学性能
4.4 结论
第五章 双金属MOF-74衍生多孔棒状钴镍氮化物用于全pH下析氢反应
5.1 前言
5.2 实验
5.2.1 试剂和仪器
5.2.2 MOF-74-Co、MOF-74-Ni和MOF-74-CoNi的合成
5.2.3 多孔Co3O4、NiO和CoxNiyO的合成
5.2.4 多孔Co3N、Ni3N和CoxNiyN的合成
5.2.5 电化学测试
5.3 结果与讨论
5.3.1 MOF-74和CoxNiyN材料的表征
5.3.2 多孔金属氮化物的电化学析氢反应性能
5.4 结论
第六章 新型的中空双金属钴钼碳化物/氮掺杂碳纳米管用于高效催化氧还原、析氢和析氧反应
6.1 前言
6.2 实验
6.2.1 试剂和仪器
6.2.2 PPy、MOFs和MOFs@PPy的制备
6.2.3 Co6Mo6C2、NCNT、Co6Mo6C2@NCNT-T(T=700、800、900℃)和Co6Mo6C2-NCNT的制备
6.2.4 电化学测试
6.3 结果与讨论
6.3.1 MOFs@PPy和Co6Mo6C2@NCNT材料的表征
6.3.2 Co6Mo6C2@NCNT材料的电催化氧还原(ORR)性能
6.3.3 Co6Mo6C2@NCNT材料的电催化析氢反应(HER)性能
6.3.4 Co6Mo6C2@NCNT材料的电催化析氧反应(OER)性能
6.4 结论
参考文献
致谢
在读期间公开发表论文情况
本文编号：3960437
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