基于含鋅MOFs的催化劑的制備及其氧氣還原-析出性能.pdf

1、環(huán)境惡化和能源短缺問(wèn)題日益突出，高效清潔的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的研發(fā)成為解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵。鋰空氣電池由于其理論比能量密度高而引起廣泛關(guān)注，然而其正極發(fā)生的OER/ORR反應(yīng)極緩慢，降低了其實(shí)際能量密度。金屬有機(jī)骨架材料的比表面積大、孔道結(jié)構(gòu)豐富，在電催化領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。金屬Zn的沸點(diǎn)較低，在高溫處理過(guò)程中，Zn的揮發(fā)可以使材料產(chǎn)生豐富的孔道。基于此，本文首先合成了含鋅MOFs材料，然后對(duì)其進(jìn)行摻雜、碳化制備成一系列電催化劑，并研究了它

2、們的OER/ORR催化性能。
　　通過(guò)攪拌合成法制備了MOF-5，然后進(jìn)行高溫碳化、摻雜氮元素。所制備的催化劑顆粒分布均勻。在0.1M的KOH電解液中，它們具有較好的ORR催化活性。其中，N/CMOF-5-500催化劑的ORR活性最佳，起始電壓值為-0.088V，半波電勢(shì)值為-0.179V，極限電流密度值為-5.510mA·cm-2，Tafel斜率值為-44.2mV·dec-1，電子轉(zhuǎn)移數(shù)為3.91;但是它的OER活性較差。氮元素

3、摻雜可顯著提高催化劑的ORR活性。
　　通過(guò)攪拌合成法制備Co/ZIF-8，隨后進(jìn)行高溫碳化。制備出的催化劑具有較高的缺陷度。在0.1M的KOH電解液中，它們具有較好的ORR和OER催化活性。其中，CoZn-5催化劑的ORR/OER活性最好，ORR半波電勢(shì)為-0.141V，極限電流密度為4.374mA·cm-2，Tafel擬合斜率為64.1mV·dec-1，電子轉(zhuǎn)移數(shù)為3.77;OER的Tafel斜率是87.3mV·dec-1，0

4、.8V電壓下的電流密度達(dá)24.357mA·cm-2。對(duì)催化劑摻雜適量鈷元素可明顯提高ORR/OER活性。
　　通過(guò)溶劑熱法制備Fe/IRMOF-3，隨后對(duì)其進(jìn)行高溫處理。制備出的催化劑具有較高的缺陷度和較高的氮元素和鐵元素含量。在0.1M的KOH電解液中，它們具有較好的ORR和OER活性。其中，F(xiàn)eZn-10催化劑的ORR/OER活性最佳。ORR的半波電勢(shì)為-0.158V，極限電流密度值為5.499mA·cm-2，Tafel擬合斜