双金属框架材料的合成及析氧反应性能的研究

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zcysun618
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
由于化石燃料不可再生且排放的温室气体对环境产生不利影响,氢能作为绿色能源之一,具有丰度高、可再生、燃烧值高、产物清洁无污染的优点。电化学分解水制氢具有较快的速率且没有多余副产品。目前最先进的催化剂是Ir O2或Ru O2作为阳极,Pt作为酸性环境中的阴极。然而贵金属催化剂价格高昂、资源稀缺。所以,有效利用地球上丰富的非贵金属电催化剂作为不同组合的纳米结构在水的分解中是取代贵金属用于制氢工业化的核心。金属有机框架(MOF)材料由于其独特的晶体和多孔结构以及组成和结构可定向设计的优点而引起了人们的广泛兴趣。通常可通过后处理以获得复合材料。在MOFs材料中引入双金属中心或三金属物种有利于改善相关的电催化性能,原因是不同金属中心的杂化可以提供协同效应。但是大多数双金属催化剂是在高温高压或极端条件下制备的。考虑到上述问题,开发节能高效和环境友好的系统,有效制备复合金属MOFs材料作为OER的电催化剂,并详细探讨它们的催化机理和结构-活性关系,成为解决该领域发展难题的关键。因此,此研究工作致力于选择在温和的条件下合成双金属MOFs材料,并进行有效的后修饰,将其作为碱性条件下析氧反应(OER)的有效电催化剂。主要研究结果如下:(1)探究了一种基于二维(2D)铁基金属有机框架(HUST-8,HUST=Hua zhong University of Science and Technology)的OER双金属电催化剂的简便可控合成策略。未被占用的卟啉中心被放置在HUST-8的层结构中,这对于通过后改性处理引入第二类金属中心非常方便。在合成策略的指导下,制备了Fe/Ni,Fe/Co,Fe/Zn,Fe/Mn和Fe/Fe物质,并进一步表征了它们对OER的电催化性能,其中Fe/Ni类型表现出最佳的催化活性。对于HUST-8的Fe/Ni物种(标记为Ni@HUST-8),在1M KOH中,OER活性表现为的起始电位为170 m V(相对于RHE)。在10 m A cm-2时,相应的过电位为240 m V,Tafel的斜率为60.8 mv dec-1。Ni@HUST-8的所有这些实验结果表明,其性能要优于商用Ir O2。与MOF母体和其他双金属物种相比,Ni@HUST-8较高的电催化性能应归因于Fe和Ni中心的特殊协同作用,倾向于大大提高反应动力学和电荷转移效率,同时增加活性,达到最佳的催化性能。该研究清楚地表明了双金属中心对OER的协同作用的重要作用,并探索了对制备基于MOF模板的衍生电催化剂的其他可能。(2)探究了一种在温和条件下合成的CoNi基金属有机框架材料,并将其作为模板材料通过Na BH4后处理后得到无序多孔纳米片结构。通过系列表征探究了不同掺杂比例及不同修饰时间的样品对OER的电催化性能的影响,其中Co0.9Ni0.1MOF-10min,表现出最佳的催化活性,在电流密度为10 m A cm-2时,过电位为0.264 V,Tafel斜率为56.2 m V dec-1,稳定性强。这些实验结果表明Co0.9Ni0.1MOF-10min的性能优于商业化催化剂Ir O2。与单金属Co MOF和其他不同修饰时间的样品相比,Co0.9Ni0.1MOF-10min样品产生了高价态Co和Ni、多孔纳米片结构和大量缺陷,这有效增加了材料活性中心的暴露面积,Ni2+和Co2+通过配位O原子进行电子的转移,从而产生很强的协同效应,B原子进入到框架中,有效改变了Co、Ni的轨道能级,显著提高了反应动力学和电荷转移效率,有利于提高相应的OER性能。该研究表明双金属中心的协同作用及有效的后修饰对提升OER性能的重要性,提供了MOFs衍生材料作为电催化剂的研究思路。
其他文献
机床加工过程中的振动是影响高档数控装备加工精度和效率的一个重要因素。加工过程中的振动包含自激振动和强迫振动,自激振动通过切削参数的选择可以避免,但是,仅仅避免自激振动并不足以保证良好的加工质量和加工效率,对加工过程强迫振动的分析已成为提升高档数控装备加工性能的一个关键环节。加工过程强迫振动的响应特性由机床结构动力学特性与切削激励力共同决定。然而,实际加工过程中,对于机床结构动力学特性,由于主轴转速
大数据时代的到来对公共管理事业的发展产生了深刻的影响,表现为现代化信息技术的出现使公共事业管理变得更加方便,提升了公共管理效率。本文在阐述大数据对公共管理产生影响的基础上,结合大数据时代背景下公共管理存在的问题,借助大数据技术实现对公共管理的创新发展的策略分析,旨在提升公共管理成效。
随着我国整体科学技术水平的飞速发展,我国已彻底进入大数据时代,各行各业在实际发展过程当中,都需要结合实际情况不断对其发展模式进行改变,公共管理也并不例外,需要对相应的管理模式进行创新,以适应大数据时代,通过对于公共管理模式以及制度不断创新,加强公共管理期间的思维模式和人才战略,以实现其有效性,在保证其管理质量的基础之上,不断对综合效率进行提高,本文将对于现阶段大数据时代下我国公共管理中存在的问题进
加压气固流态化是一种新型的高效低碳能源利用技术,是我国实现“碳达峰”和“碳中和”目标的最具应用前景的技术之一。现有研究表明,压力引起的密度比变化,是造成加压与常压流动特性差异的本质原因,然而,密度比变化影响颗粒两相流动特性的基本规律不明。本文基于IBM-LBM-DEM,发展了一套高效高精度大规模并行计算方法,对颗粒群沉降运动的密度比效应进行了直接数值模拟研究,得到了宽密度比范围内的颗粒动力学运动特
【目的】本研究旨在社会责任框架下探讨三级公立医院的职责及实施动力,包括:(1)界定公立医院社会责任及分类;(2)探讨公立医院社会责任动力机制;(3)分析三级公立医院社会责任的履行及动力现状;(4)提出三级公立医院社会责任的优化路径。【方法】1.文献研究法:通过CNKI、万方数据库、维普中文、web of Science、Pubmed等中英文数据库收集期刊、论文,通过各级卫生行政部门等收集政策动态信
ABO3型铁氧化物由于具有自旋、轨道和电荷等复杂相互作用,具备铁电性、压电性、铁磁性和反铁磁性等物理性质,在电子信息技术、存储器件和航空航天等领域具备潜在的应用价值。由于BiFe O3和SmFe O3具备极高的奈尔温度,它们在室温下仍保持反铁磁性,从而有望实现室温多铁行为。本文选取BiFe O3和SmFe O3单晶作为研究对象,研究了它们在磁性、电极化、介电、光学性质和结构等方面的性能,以及强磁场
超表面是一种人工设计的亚波长量级的二维超材料阵列结构,在调控振幅、相位、偏振等方面具有优异的性能。基于超表面阵列的透镜(超透镜)能够通过改变单元结构的几何形状精确地控制相位,从而实现聚焦和成像。超透镜在集成化和小型化方面具有显著优势,适用于紧凑型成像系统,并且在生产上与CMOS兼容。然而,超透镜在宽谱应用中会出现色差现象,即焦距随波长变化,从而影响聚焦和成像质量,因此消色差超透镜近年来成为研究热点
流固耦合是一种非线性、多物理现象,广泛存在于自然界和工程领域中。本文采用格子玻尔兹曼-有限元-浸入边界法,数值研究了两种流固耦合问题,包括软尾减阻问题,以及柔性板的拍动推进问题。本文的主要工作和结论如下:研究了“软尾减阻”问题。所谓“软尾减阻”,即在平板绕流中,通过在平板后部通过柔性丝线构造一个封闭区域(即软尾),从而达到系统整体的减阻效果。主要考察了雷诺数和柔性丝线长度等控制参数对系统动力学行为
许多聚变装置上都尝试通过偏压的方式来减小边界的湍动输运,进而对芯部等离子体的约束产生影响。J-TEXT托卡马克装置上同样开展了许多偏压电极的相关实验,发现偏压电极在改善等离子体约束和控制不稳定性有着很好的效果。然而,偏压电极工作时需要将外部的石墨电极伸入到等离子体中,这样不可避免的会引入额外的杂质源,因此,需要探索能够在不增加杂质源的前提下,控制边界电场从而抑制等离子体边界输运及改善约束能力。在等
溶解性有机物(DOM)在水环境中几乎无处不在。在太阳光照射下,DOM产生激发三线态(~3DOM*)、单线态氧(~1O2)、羟基自由基(·OH)等活性物质,对水体微量污染物迁移转化具有重要作用。UV254消毒和高锰酸钾氧化是水处理过程的常见工艺。DOM经过UV254消毒和高锰酸钾氧化后其结构组成、分子量、官能团等理化性质会发生改变,进而可影响DOM光致活性物质的生成。但是,这两种水处理工艺对DOM光