碘摻雜MOFs基催化劑的制備及其氧氣還原性能.pdf

1、我們迫切希望找到一個(gè)切實(shí)可行的方案來應(yīng)對(duì)目前漸漸逼近的能源和環(huán)境危機(jī)。在這個(gè)前提下，金屬-空氣電池和燃料電池以其豐富的原料資源、極高的能量密度和對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)引起了人們的廣泛關(guān)注，而發(fā)展高催化活性、低成本的氧氣還原催化劑對(duì)提高二者的性能具有至關(guān)重要的意義。而作為新型多孔材料的金屬有機(jī)骨架材料(MOFs)因其具有較高的比表面積、可調(diào)節(jié)的孔道結(jié)構(gòu)和易功能化等優(yōu)點(diǎn)，在電催化領(lǐng)域引起了極大的關(guān)注。本文先用簡單加熱的方法將碘摻雜ZIF-67中，

2、得到I/ZIF-67催化劑，隨后以高溫處理后的ZIF-67作為前驅(qū)體，用碘化鉀進(jìn)行碘化。我們對(duì)這些制備出的催化劑進(jìn)行了表征，并且在堿性電解質(zhì)中評(píng)價(jià)了它們的ORR催化性能。
　　通過簡單加熱的方法將單質(zhì)碘摻雜進(jìn)ZIF-67的孔道里，得到I/ZIF-67催化劑。該種催化劑不僅保留了一定的ZIF-67的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，并且在利用ZIF-67原有結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上增加了一些大孔，有利于反應(yīng)物與氧氣的進(jìn)出，并且碘的加入增加了一些新的活性位，從而表現(xiàn)

3、出了相比于ZIF-67更加優(yōu)異的ORR催化性能和比20％ Pt/C更好的ORR穩(wěn)定性。在氧氣飽和的0.1 M KOH電解液中，2I/ZIF-67-170的起始電位是-0.088 V，半波電勢(shì)為-0.173 V，極限電流密度為-4.450 mA· cm-2。
　　ZIF-67直接高溫碳化后，與碘化鉀混合，在氮?dú)庵幸?00℃焙燒碘化得到KI-ZIF-67催化劑。ZIF-67作為MOFs材料直接高溫裂解，由于其框架中的有機(jī)配體中富含氮，

4、所以會(huì)形成一種類似氮摻雜進(jìn)碳層中的材料。而隨后的碘化，用鹵素雜原子碘將氮從碳層中替換出來形成C-I鍵。以不同比例碘化的催化材料的電催化活性隨著比例的升高呈先增大后減小的趨勢(shì)，其中，2KI/ZIF-67-700催化劑的電催化活性最好，在氧氣飽和的0.1M KOH電解液中，其ORR的起始電位（電流密度為-0.02 mA·cm-2時(shí)的電勢(shì)），半波電勢(shì)和極限電流密度分別為-0.095 V、-0.149 V和-5.765mA· cm-2。我們可以