NiCo-MOF、FeNi-MOF-5及其衍生磷化物的制備、表征和電解水活性的研究.pdf

1、金屬-有機(jī)骨架材料(MOFs)是一種具有多孔結(jié)構(gòu)的晶體復(fù)合材料，它由金屬離子與有機(jī)官能團(tuán)有序配位而成，具有永久的孔結(jié)構(gòu)、大的比表面積、可調(diào)節(jié)的孔徑尺寸等性質(zhì)，以上特性使MOFs材料成為一種良好的模板化的復(fù)合材料。此外，金屬離子與有機(jī)基團(tuán)的多樣性，使MOFs材料具有可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)及元素組成。作為配體的有機(jī)官能團(tuán)中含有豐富的C、N元素，根據(jù)報(bào)道，不同元素之間的摻雜作用會(huì)使材料的催化性能得以提高。過渡金屬磷化物具有良好的導(dǎo)電性，是一種已報(bào)道的不

2、含貴金屬的電解水的催化劑，在OER和HER催化反應(yīng)中得到廣泛的應(yīng)用。本課題目的在于利用MOFs材料作為模板劑，經(jīng)過磷化反應(yīng)制得相應(yīng)的磷化物催化劑。
　　本實(shí)驗(yàn)中首先利用水熱法，以四水乙酸鈷和乙酰丙酮鎳為金屬離子源、對苯二甲酸為配位劑、PVP為表面活性劑，在DMF和水的混合溶液中合成出了NiCo-MOF材料。將制得的NiCo-MOF與NaH2PO2反應(yīng)制得表面包覆一層碳膜的顆粒狀的雙金屬磷化物Ni2P-CoP。在0.5M的H2SO4

3、溶液中進(jìn)行HER測試，過電勢為-104 mV，Tafel斜率為63 mV/dec;0.1M的KOH溶液進(jìn)行OER活性測試，過電勢為320mV，Tafel斜率為63 mV/dec，并且在HER和OER活性測試中，材料均具有很好的穩(wěn)定性。通過面掃和HRTEM測試，發(fā)現(xiàn)材料中Ni、 Co、P是均勻分布，并且Ni2P和CoP是緊密聚集在一起的。對比Ni2P-CoP、Ni2P、CoP、機(jī)械混合的Ni2P+CoP的HER和OER活性，發(fā)現(xiàn)Ni2P-

4、CoP的電解水的活性最好，證明了Ni2P-CoP中的協(xié)同作用促使其活性優(yōu)于其他催化劑。
　　本實(shí)驗(yàn)中，還制備了一種含有Fe、Ni元素的MOF-5材料。調(diào)節(jié)Fe、Ni元素的摩爾比，發(fā)現(xiàn)材料由立方塊結(jié)構(gòu)變成立方塊8個(gè)角處長棒的復(fù)合結(jié)構(gòu)，并且發(fā)現(xiàn)當(dāng)Fe/Ni的值越大時(shí)棒越粗、數(shù)量越多。BET的測試結(jié)構(gòu)顯示當(dāng)Fe/Ni為1∶2時(shí)，材料具有最大的比表面積和平均孔徑，分別為507.3 m2/g和14nm，隨著Fe/Ni的值變大材料的比表面積和