二维镍钴基金属有机框架材料的制备及其电化学催化和储能研究

来源 :江西理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xhh2010
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当下全球环境和能源问题备受人类关注。过度使用化石燃料不但造成空气的污染,而且使全球气候变暖更加严峻。因此,全球科学家将主要工作致力于开发和使用清洁、高效、可持续的新能源来替代化石燃料。金属-有机框架(MOFs)在工业生产和研究中表现出较好的潜力,并得到较大的应用。由于MOFs孔隙率高、比表面积大、结构和稳定性好,使其在气体分离、电化学催化、储能、生物医学等被广泛应用。与三维(3D)和一维(1D)MOFs相比,二维MOFs(2D MOFs)是一种结晶多孔材料,可调节的结构和功能,较大的表面积和高度有序的孔等许多有前途的特征。已研究的制备二维MOFs的方法分为自上而下和自下而上法。(1)通过化学合成法合成了超薄钴、镍基MOFs纳米片(Co-UMOF、NiCo-UMOF、Ni-UMOF)。通过热重分析、扫描电镜、原子力显微镜,X-射线衍射等对MOFs材料进行表征,构建MOFs基传感器用于灵敏检测过氧化氢(H2O2)。利用循环伏安法和计时电流法对比研究了在KOH溶液中Co、Ni和NiCo基2D MOFs作为不同氧化电位下的非酶H2O2传感,具有良好的H2O2氧化和检测性能。Co-UMOF导电性能好,在0.25 V下线性范围从0.5到832.5μM,最低检测限为0.69μM,在碱性溶液中响应快。Co-UMOF具有较低的H2O2氧化电位和良好的检测性能,可与大多数碳材料和已报道的MOFs材料相媲美。(2)通过简单、经济的方法,在室温条件下设计合成石墨烯/MOF复合材料。利用电解石墨纸制备石墨烯材料,将石墨烯用探针超声分解于DMF中,通过化学合成法合成电化学剥离石墨烯复合MOFs材料(命名为Co-MOF/EG、NiCo-MOF/EG、Ni-MOF/EG)。通过XRD、Raman、SEM和TEM对材料进行表征。用复合材料构建了MOF/EG基传感器用于灵敏检测葡萄糖。通过循环伏安法和计时电流法对比研究在KOH溶液中石墨烯复合Co、Ni和NiCo基2D MOFs作为不同氧化电位下的非酶葡萄糖传感,具有良好的葡萄糖氧化和检测性能。线性范围1-3330μM,最低检测限为0.58μM,在0.1M KOH中响应速度非常快。Co-MOF/EG对葡萄糖的氧化电位最低,在0.2 V时检测性能最好且可用于实际样品检测。该复合纳米结构充分利用了高孔隙率和优异的导电性,这说明配位不饱和金属原子是电催化葡萄糖的主要活性中心。(3)使用简单合化学合成含有钴、镍基MOFs(Co-MOF、NiCo-MOF、Ni-MOF),用于LIB负极材料进行性能研究。充放电时八面体结构畸变,Li+嵌到MOFs的羧基和苯环上。结果表明,采用这种有机结构为主的插层/脱层机制的MOFs具有较高的长期循环稳定性。Co-MOF、NiCo-MOF和Ni-MOF材料在经过0.1 A g-1的电流密度下100次循环分别提供847、516和189 mAh g-1的锂离子存储容量。MOFs材料具有高的导电性并减轻了在充电-放电过程中的体积变化,保持了结构完整性。
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