论文部分内容阅读
针对当前能源存储和转化电极材料的研究现状,我们采用金属-有机骨架化合物(MOFs)作为前驱物,通过浸渍或球磨法与杂原子源混合,经焙烧后制备杂原子掺杂的碳材料,将其作为电催化剂用于电化学性能研究。另外,我们通过分步法制备新型的荧光碳点功能化的MOFs复合材料,探索其在硝基爆炸物荧光检测方面的应用。主要工作如下：(1)采用MOF-5作为前驱物,尿素和二甲亚砜分别作为N和S源,通过浸渍法将其浸泡到MOF-5的孔道中。经焙烧、酸洗后,得N和S共掺杂的多孔碳材料。XRD分析所得材料为无定型碳,相应N2吸附-脱附曲线及孔径分布图表明其含有介孔结构。进一步通过EDS和XPS分析证明,N和S已成功掺杂到多孔碳材料的骨架中。将所得材料作为电催化剂用于氧还原(ORR)性能测试。同时,探究N和S的比例对最终所得碳材料ORR性能的影响。由于N和S的协同作用,代表性的NS(3:1)-C-MOF-5催化剂显示出高的起始电位,甚至接近商业Pt-C。而对耐醇性能和稳定性而言,NS(3:1)-C-MOF-5优于商业Pt-C。(2)以MOF-5为前驱物,二氰二胺、三苯基膦和二甲亚砜分别为N,P和s源,制备NPS三掺杂的多孔碳材料(NPS-C-MOF-5)。并以此为电催化剂,研究其ORR性能。同时,选用MOF-177和UMCM-1作为前驱物制备多孔碳材料,考察不同MOFs前驱物对最终所得碳材料ORR性能的影响。另外,以MOF-5为前驱物,考察焙烧温度对所得碳材料电催化性能的影响。研究结果表明：无论是峰电位还是起始电位,源于MOF-5前驱物的碳材料性能均优于其它两种前驱物。900。C焙烧MOF-5所得材料的性能优于700。C和1000。C。由于N,P和S三杂原子的共掺杂,导致所得材料中碳原子电荷平衡和杂原子自旋密度的改变,使得NPS-C-MOF-5显示出最优异的催化活性,耐甲醇性能和稳定性。(3)采用MIL-101(Fe)和三聚氰胺为前驱物,经球磨、焙烧后制备包裹Fe/Fe3C的N掺杂的石墨层磁纳米管复合材料(Fe/Fe3C@NGL-NCNT)。 XRD结果表明所得碳材料中包裹一定量的Fe/Fe3C。EDS和XPS表征也进一步支持上述结果,同时也证明了N的存在。进而,以此为催化剂考察其对ORR和OER的催化性能。另外,探究了三聚氰胺和Fe/Fe3C的含量及焙烧温度对最终所得材料性能的影响。由于石墨层／碳纳米管独特的结构,大量的N物种和Fe/Fe3C活性位点的存在,该材料显示出优异的ORR性能,甚至接近商业Pt-C；而抗甲醇性能和OER活性均优于商业Pt-C。(4)采用分步合成法,将具有高荧光性能的碳点(Cdots)组装到UMCM-1的骨架中,合成Cdots功能化的UMCM-1复合材料(Cdots@UMCM-1a)。XRD分析表明封装Cdots前后的 UMCM-1的骨架保持不变。研究其对H2的存储能力和在硝基爆炸物荧光检测方面的应用。