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金属-有机骨架(MOFs)是一种新型的多孔结晶材料,由于其比表面积大,孔隙率恒定,结构可控,在各领域中越来越受到重视。MOFs是纳米结构多孔碳、金属氧化物特别是分级纳米结构的设计和合成的优良的前驱体材料。通过简单的配位化学反应制备出的MOFs具有有机和无机成分的无限组合的特点,并且可以通过改变实验条件控制它们的多孔结构,孔体积,表面积与化学成分等。MOFs衍生材料的这些独特性质使其在能源领域(如产氢(H2)、产氧(O2)、氧还原,超级电容器等)中具有广阔的应用前景。超级电容器电极材料应具有大的比表面积、合适的多孔结构、高的导电性与电化学稳定性。已有许多MOFs衍生的多孔碳杂化材料被用于超级电容器的报道,但是制备同时拥有合适的多孔结构、高氮掺杂以及高石墨化协同的材料仍是研究难题。目前作为电催化产氢、电催化产氧及电催化氧还原的活性最佳的催化剂仍为Pt、Ir02等贵金属催化剂,合成高效的非贵金属电催化剂是替代贵金属催化剂的重要方法。目前,已有许多MOFs衍生材料被用作高效电催化剂的研究工作,但仍存在问题需要解决。例如MOFs衍生材料的催化活性与贵金属电催化剂相比仍有差距,此外,MOFs复杂的合成过程也是阻碍其进一步应用的因素。为了解决以上提到的问题,合成高效的超级电容器电极材料及高活性的电催化材料,本论文选用ZIF系列的金属有机骨架材料作为制备高性能电化学材料的模板,本论文主要内容有如下四点:1.本章报道了以三种相同形貌但不同结构的MOFs(core-shell ZIF-67@ZIF-8,hollow ZIF-67@ZIF-8,BMZIF)为模板合成的三种含钴多孔碳复合材料(C-S-Co@CN,H-Co@CN与Co@CN),并研究了它们的形貌特征、孔结构及超级电容器性能。其中,Co@CN电极材料拥有优异的电化学性能及最高的比电容值(251.5F/g)。2.采用一种新颖的方法使MOFs纳米片经过一步磷化合成出磷化钻纳米片复合材料(CoP-NS/C),并将其用作高效耐用HER和OER的双功能催化剂,它在酸性条件表现出极好的HER催化活性,并且在碱性条件下的OER性能超过商用贵金属氧化物IrO2。3.同样以MOFs纳米片经过两步低温磷化法,合成了一种具有特殊的条带状形貌的纳米磷化钴(B-CoP),其在HER(酸性条件)与OER(碱性条件)电催化反应中有优异的催化活性。在电流密度为10mA/cm2时,B-CoP的过电位为122mV(HER)273mV(OER)。4.本章以ZIF-67@ZIF-8为原料,通过简便的一步煅烧法制得了大小均一具有碳纳米管缠绕的金属钴多孔碳复合物(Co@C-CNT),Co@C-CNT作为电催化氧还原的催化剂,表现出了与商业化的Pt/C电极相当的催化活性。