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金属有机框架(MOFs)衍生碳材料由于其组分高度均一分散、孔隙度可调和易于功能化等独特的性质,广泛应用于氧还原(ORR)催化剂、染料吸附等领域。然而,目前MOFs衍生碳材料由于热解时碳源不足或缺乏骨架支撑而容易塌陷,导致BET比表面积下降,严重影响它们的实际应用。本论文利用MOFs的复合功能化,采用限域聚合或插层支撑的方法,分别解决了热解时碳源不足或缺乏骨架支撑而导致的塌陷问题,显著增大热解碳材料的比表面积,提高了 ORR的极限电流密度和氧还原电位,促进了染料吸附的容量。(1)在ZIF-67孔道中进行苯胺的限域聚合,得到ZIF-67/PANI复合材料,进一步在不同温度下热解制备出不同比表面积的杂原子掺杂碳材料C-ZIF-67/PANI-T,并且随着比表面积的增大,氧还原性能增强。研究发现,在800度下热解得到的碳材料C-ZIF-67/PANI-800的比表面积506.0 m2/g,是ZIF-67同温度下热解后的碳材料(254.9 m2/g)的2倍。相应电极材料的氧还原电位达到0.768 V(vs.RHE),极限电流密度为4.080 mA/cm2,也优于ZIF-67同温度下热解后的碳材料(氧还原电位达到0.724 V(vs.RHE),极限电流密度为2.826 mA/cm2)。(2)以层状二硫化钼(MoS2)作为支撑,将ZIF-67分散在MoS2上,得到ZIF-67/MoS2复合材料,进一步在不同温度下热解制备不同比表面积的杂原子掺杂碳材料C-ZIF-67/MoS2-T。900度下热解得到的碳材料C-ZIF-67/MoS2-900的比表面积(253.4 m2/g)稍微大于同温度下热解ZIF-67后的碳材料(202.2 m2/g)。C-ZIF-67/MoS2-900的氧还原电位达到0.784 V(vs.RHE),极限电流密度为3.755 mA/cm2,也优于同温度下热解ZIF-67后的碳材料(氧还原电位达到0.435 V(vs.RHE),极限电流密度为2.104 mA/cm2)。(3)此外,我们选择了具有热稳定性高和富含磷酸基团的层状磷酸锆(Zr(03POH)2,简称ZrP)作为质子载体,选用酸稳定性好的MIL-101(Cr)作为主体框架,合成了 MIL-101(Cr)/ZrP复合材料质子导体,在80℃,95%相对湿度(RH)条件下质子导电性达到1.37×10-4 S/cm,高于ZrP在相同条件下的两个数量级(2.63×10-6 S/cm)。相比于其他MOFs来说,MIL-101(Cr)/ZrP展现了更低湿度依赖的质子传导行为,仅次于Zr604(OH)8L4.2·xH20。说明MIL-101(Cr)/ZrP的复合方式能增强样品在高温条件下保水性,降低湿度依赖性,使得它在低的湿度条件下保持稳定的质子传输。