ZIF-67衍生材料的合成及其全解水电催化性能的研究

来源 :江西理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuanxu52051
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社会的高速发展带来的能源危机使人们认识到了可再生能源的重要性,目前最有发展前景的可再生能源里氢能独树一帜,而现有的商业生产氢能的体系会造成大量的不可再生能源的损耗以及环境污染,电分解水产氢有望成为未来氢能系统的重要组成部分。为了减少电分解水所需的能源消耗就需要引入催化剂,目前已有的催化剂多为贵金属催化剂,比如用于析氢的催化剂Pt/C,析氧反应使用的催化剂Ru O2和Ir O2等,这些材料由于本身储量的稀少、价格的昂贵等因素限制了其大规模应用的可能。开发原材料储量丰富、价格低廉的催化剂是目前电解水发展的一个重要方向。本文以ZIF-67金属有机框架材料为基础,通过改变材料的形貌、增加材料的活性位点等方法研究了ZIF-67的衍生物在电解水中的作用。论文得到的主要结论如下:(1)以六水硝酸钴和氮氮-二甲基咪唑为原料,合成ZIF-67前驱体。研究了原料的配比、反应时间、溶液的PH以及热解温度等因素对材料结构和性能影响。结果表明,添加氨水可以缩短反应时间和颗粒尺寸,得到的ZIF-67在800℃热解后所获得的Co/NC材料具有好的析氢催化性能:在碱性条件下,电流密度为10 m A/cm~2(η10)时所需过电位为135 m V。(2)在合成ZIF-67过程中,添加硝酸铁制备了Fe-ZIF-67材料。Fe原子的引入增加活性位点数量,改变Co原子的电子排布,从而减少材料对氢的吸附能力,提高材料的催化活性。当Co和Fe的摩尔比为2:1时得到的催化剂具有最好的催化性能,在碱性条件下,析氢反应和析氧反应所需过电位(η10)分别为136 m V和282 m V,全解水所需电压为1.619 V。(3)为了提高ZIF-67衍生物在酸性条件下的催化性能,本文以二水合钼酸钠为原料,通过一步法合成了Mo-ZIF-67。经过热解得到了一系列Mo2C@Co/NC材料,研究结果表明适当地引进Mo元素可以改善材料的析氢性能,在酸性和碱性环境下均具有高的HER催化活性,其过电位分别为147 m V和82 m V。
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