碘掺杂MOFs基催化剂的制备及其氧气还原性能
我们迫切希望找到一个切实可行的方案来应对目前渐渐逼近的能源和环境危机。在这个前提下，金属-空气电池和燃料电池以其丰富的原料资源、极高的能量密度和对环境友好等优点引起了人们的广泛关注，而发展高催化活性、低成本的氧气还原催化剂对提高二者的性能具有至关重要的意义。而作为新型多孔材料的金属有机骨架材料(MOFs)因其具有较高的比表面积、可调节的孔道结构和易功能化等优点，在电催化领域引起了极大的关注。本文先用简单加热的方法将碘掺杂ZIF-67中，得到I/ZIF-67催化剂，随后以高温处理后的ZIF-67作为前驱体，用碘化钾进行碘化。我们对这些制备出的催化剂进行了表征，并且在碱性电解质中评价了它们的ORR催化性能。 通过简单加热的方法将单质碘掺杂进ZIF-67的孔道里，得到I/ZIF-67催化剂。该种催化剂不仅保留了一定的ZIF-67的独特结构，并且在利用ZIF-67原有结构优点的基础上增加了一些大孔，有利于反应物与氧气的进出，并且碘的加入增加了一些新的活性位，从而表现出了相比于ZIF-67更加优异的ORR催化性能和比20％ Pt/C更好的ORR稳定性。在氧气饱和的0.1 M KOH电解液中，2I/ZIF-67-170的起始电位是-0.088 V，半波电势为-0.173 V，极限电流密度为-4.450 mA· cm-2。 ZIF-67直接高温碳化后，与碘化钾混合，在氮气中以200℃焙烧碘化得到KI-ZIF-67催化剂。ZIF-67作为MOFs材料直接高温裂解，由于其框架中的有机配体中富含氮，所以会形成一种类似氮掺杂进碳层中的材料。而随后的碘化，用卤素杂原子碘将氮从碳层中替换出来形成C-I键。以不同比例碘化的催化材料的电催化活性随着比例的升高呈先增大后减小的趋势，其中，2KI/ZIF-67-700催化剂的电催化活性最好，在氧气饱和的0.1M KOH电解液中，其ORR的起始电位（电流密度为-0.02 mA·cm-2时的电势），半波电势和极限电流密度分别为-0.095 V、-0.149 V和-5.765mA· cm-2。我们可以看到其ORR催化活性已经非常接近与商业用Pt/C。
催化剂;金属有机骨架材料;碘化钾碘化钾制备工艺;碱性电解质;氧气还原性能
北京化工大学
硕士
化学工程
银凤翔;葛九敢
2017
中文
TQ426.8
95
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）