MOFs基催化劑的制備及其鋰空氣電池性能.pdf

1、隨著社會不斷發(fā)展，能源成為當今世界不可缺少的重要部分。鋰空氣電池擁有超高理論能量密度、清潔、安全、循環(huán)性能好等優(yōu)點，具有良好的應用前景。此外，金屬有機骨架(metal-organic frameworks，MOFs)由于其優(yōu)點眾多，近年在電催化領域引起了極大的關注。本文嘗試合成基于MOFs的催化劑，研究其用于氧氣析出反應(OER)和氧氣還原反應(ORR)的催化性能，并制備空氣電極應用于鋰空氣電池。
　　首先，通過水熱法合成了介孔C

2、uBTC載體，然后摻雜鈷元素制備了MCu-Co系列催化劑。對其進行了XRD、FTIR、氮氣吸脫/附、XPS等一系列表征。采用循環(huán)伏安、旋轉(zhuǎn)圓盤電極測試等方法測試了催化劑的電化學性能。結(jié)果表明，MCu-Co-10樣品顯示出最好的OER活性。鋰空氣電池性能測試表明，在放電電流密度為50mA·g-1，放電截止電壓為2.0V的條件下，電池的放電容量最大為5602mAh·g-1;在放電電流密度為50mA·g-1，恒定放電容量1000mAh·g-1

3、時，電池的充放電循環(huán)可達55個，表現(xiàn)出良好的充電性能。進一步研究發(fā)現(xiàn)，摻雜鈷元素對于OER性能的提升遠遠高于其對ORR性能的提升。
　　其次，在氮氣環(huán)境下990℃煅燒ZIF-8和MIL-100(Fe)的混合物制備Fe-N-C系列催化劑。結(jié)果表明，F(xiàn)e-N-C-1顯示出最好ORR活性，優(yōu)于同樣測試條件下20wt％Pt/C的ORR活性。以Fe-N-C-1為催化劑的鋰空氣電池性能良好，在電流密度為50mA·g-1，放電截止電壓為2.0V

4、的條件下，電池的放電容量最大為8757mAh·g-1，表現(xiàn)出優(yōu)異的放電性能。
　　最后，在氮氣環(huán)境下990℃煅燒ZIF-8和MIL-100(Fe)以及ZIF-67的混合物制備FeCo-N-C系列催化劑。結(jié)果表明，F(xiàn)eCo-N-C-8具有最優(yōu)的雙功能催化活性，其過電壓差△E(OER在10mA·cm-2時的電壓與ORR起始電壓之差)最小，為0.725V?；贔eCo-N-C-8電極的鋰空氣電池，在電流密度為50mA·g-1，放電截止電