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《河南师范大学》 2018年
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基于金属有机框架纳米复合结构电催化剂的合成及其性能研究

房立  
【摘要】:可充式锌空电池具有材料成本低、比能量密度高、安全性能高且环境友好等优势,是极具发展潜力的新一代能源技术,因此引起了科研人员的密切关注。催化材料是可充式锌空电池的核心组成部分,其催化活性和稳定性对金属空气电池的能量转换效率和充放电循环稳定性具有较大影响,因此催化材料是决定可充式锌空电池工作性能的关键材料。理想的可充式锌空电池催化材料应该是兼具氧还原(ORR)反应和氧析出(OER)反应活性,即所谓的双功能催化材料。因此,发展高效稳定的双功能催化材料,便成为了发展可充式锌空电池的关键。本论文基于上述催化材料设计思想,从可充式锌空电池面临的关键科学技术问题出发,在相对温和条件下合成具有新颖微观形貌和结构组成的双功能催化材料,并研究催化材料的微观组成特征对催化活性及稳定性的影响,为双功能催化材料的性能优化提供实验依据和理论参考。本文内容由以下几个部分组成:Ⅰ、概述了锌空电池的发展历史,强调了可充式锌空电池在新能源发展过程中的重要性,简述了可充式锌空电池阴极部分的充放电基本原理;在此基础上,以制备低成本、高性能的双功能催化剂为目的展开了实验研究。Ⅱ、采用相对温和的反应条件,合成了形貌均匀的Ag_2S纳米棒,以此为基质,通过自组装的方法制备了Ag_2S/ZIF-8复合材料。HR-TEM、FESEM等测试技术结果表明Ag_2S纳米棒成功地镶嵌在ZIF-8表面或者被包覆在ZIF-8内部,电化学测试表明该催化剂具有一定的双功能催化活性与稳定性。Ⅲ、自组装的方法制备了Ag_2S@ZIF-67复合材料。通过HR-TEM、FESEM发现Ag_2S纳米棒被包覆在ZIF-67内部,Mapping、EDX、BET、XRD等表征手段进一步证明了该复合催化剂的组成和结构。电化学测试表明该催化剂具有双功能催化活性与稳定性。Ⅳ、采用溶剂热的方法两步合成了Ag_2S nanorods/ZIF-8@ZIF-67复合材料。第一步,制备了Ag_2S/ZIF-8复合材料;第二步,通过溶剂热的方法在Ag_2S/ZIF-8复合材料表面包覆了ZIF-67,最终得到Ag_2S nanorods/ZIF-8@ZIF-67复合材料。结果表明Ag_2S/ZIF-8复合材料表面成功的包覆上ZIF-67,电化学表征显示该催化剂具有双功能催化活性与稳定性。总之,本论文先合成Ag_2S纳米棒,在此基础上,成功将其包覆在ZIF结构内部,形成核壳结构的复合催化剂,系统表征了不同组成结构的催化性能,并研究催化材料的微观组成特征对催化活性及稳定性的影响,为可充式锌空电池催化剂的发展及应用提供试验依据。
【学位授予单位】:河南师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O643.36;TB383.1

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