【摘 要】
：
近年来,人类社会面临着严重的能源短缺,发展绿色可持续能源至关重要。缓解能源危机最有效的方法之一是可再生的清洁能源如燃料电池、金属-空气电池和水裂解池的有效和合理使用。在上述能量存储和转换技术中,催化剂的活性决定性的作用,可以加速电极反应动力学,减少所涉及的电化学反应包括氧还原反应（ORR）、氧析出反应（OER）和氢析出反应（HER）的过电位。但是,由于贵金属的价格昂贵、低储量和差的稳定性的缺点导致
论文部分内容阅读
近年来,人类社会面临着严重的能源短缺,发展绿色可持续能源至关重要。缓解能源危机最有效的方法之一是可再生的清洁能源如燃料电池、金属-空气电池和水裂解池的有效和合理使用。在上述能量存储和转换技术中,催化剂的活性决定性的作用,可以加速电极反应动力学,减少所涉及的电化学反应包括氧还原反应（ORR）、氧析出反应（OER）和氢析出反应（HER）的过电位。但是,由于贵金属的价格昂贵、低储量和差的稳定性的缺点导致了它们不能大规模应用。因此,开发具有成本低、高活性的非贵金属基催化剂至关重要。本文经过设计并合成了三种新型的金属大环化合物衍生的过渡金属基杂化材料,作为氧还、析氢和析氧反应的非贵金属电催化剂。通过扫描电镜（SEM）、高角环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM）、X射线精细吸收光谱（XANES）以及X-射线光电子能谱（XPS）等方法表征了催化剂的形貌和结构,通过线性扫描伏安（LSV）、旋转圆盘电极（RDE）和稳定性测试（i-t）等电化学的方法研究催化剂的电催化性能,成果具体如下:第一,在用于合成NH2-MIL-101-Zn的合成体系中加入Fe/Ni-配位的四吡啶基卟啉,采用简单的溶剂热方法制备出了Fe/Ni-配位的四吡啶基卟啉包埋的NH2-MIL-101-Zn。随后通过在惰性气氛下直接热解Fe/Ni-配位的四吡啶基卟啉与NH2-MIL-101-Zn的杂合物,成功制备了一种新型的Fe Ni合金纳米粒子负载的氮掺杂碳材料,命名为（Fe,Ni）/N-C。该（Fe,Ni）/N-C催化剂具有好的电催化活性和稳定性。第二,为了进一步提高催化剂的原子利用效率,通过在900oC下热解铁配位的四吡啶基卟啉合成了一种新型的单原子Fe-N-C电催化剂。该催化剂占据高密度的Fe-N4活性位点,因此显示了超好的氧还原反应电催化活性,具有一个0.999 V vs.RHE的起始电位、一个0.86 V vs.RHE的半波电位和一个6.7 m A cm-2的极限电流密度,优于基准的Pt/C催化剂。当Fe/N-C-900被用作锌-空气电池的空气催化剂,电池的峰值功率密度达到了166.0 m W cm-2,优于贵重的Pt/C基锌-空气电池。第三,为了拓展过渡金属功能化的四吡啶基卟啉的应用,以PVP为形貌调控剂,通过钴配位的四吡啶基铁卟啉在泡沫镍上的原位生长及其随后的低温磷化处理,合成了一种有效的全水裂解催化剂,命名为PVP-NF@（Fe,Co）PP-P。该催化剂在碱性介质中在OER和HER方面都具有优异的电催化性能,对于析氧反应在10 m A cm-2下具有的290 m V的低过电位,对于析氢反应在10 m A cm-2下同样具有一个小的110 m V的过电位。以PVP-NF@（Fe,Co）PP-P分别作为阴极和阳极组装的水电解池获得10 m A cm-2的电流密度仅需要1.57 V的槽电压,优于以Pt/C为阴极和Ru O2为阳极的电解槽。
其他文献
防屈曲支撑是一种广泛应用于新建筑和既有建筑抗震、加固的消能构件,主要由内芯和约束套管两个核心部件组成。其中,芯材的耗能能力决定了防屈曲支撑的工作性能。因此,研究具有高耗能芯材的防屈曲支撑具有重要的实用价值和工程意义。多孔金属是一种新型材料,内部存在大量孔洞,由于这些孔洞使其不同于普通金属具有结构和功能双重属性。目前已被广泛应用于航天航空工程、车辆工程和生物工程等领域。多孔金属的优越性能已经引起土木
最近可再生化石燃料资源的减少和日益严重的环境问题导致了资源利用模式的转变。锌空气电池（ZABs）作为一种新型能源器件,在转换化学能量方面已经显示出巨大的优势。然而,ZABs目前面临着挑战,阴极催化剂在氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）过程中表现出缓慢的动力学,导致过高的过电位。通常,贵金属催化剂如铂、钌、铱及其氧化物被用来降低氧反应的过电位。然而,这些催化剂价格昂贵,在碱性溶液中循环性能差。
多孔有机材料是一类新型的具有高比表面积的高分子材料。有机分子笼,也是一类离散型的分子化合物。它们具有规则的孔道结构,永久的分子空腔和窗口,并能溶解于各种溶剂中,有利于材料的可回收性和可再加工性等,使它们在吸附和分离、识别探针、装载纳米颗粒、和能源储存等方面有很好的应用前景。在众多的有机分子笼中,手性的分子笼备受青睐。因为手性增加了有机分子笼结构的复杂性和多样性,以及功能性。本论文通过巧妙设计,将刚
随着科学技术的不断进步和工业的飞速发展,人类享受着便利生活的同时,还面临着日益严重的环境污染问题。光催化技术作为一种绿色、经济、高效的降解有机污染物的可行技术,被认为是应对环境污染的理想策略。铌/钽基材料因其具有良好的稳定性、优异的光电性能以及合适的价带和导带位置,在光催化领域有着广阔的应用前景。然而,铌/钽基材料的带隙较宽,对光吸收能力较差,同时产生的光生载流子的高复合率也严重降低了其光催化活性
不可再生化石燃料的燃烧导致了严重的气候和环境问题,人类社会的可持续发展迫切需要更高效的能源转换和存储系统。而解决能源问题锌-空气电池的研发居于重要地位。虽然Pt族贵金属基催化剂具有优异的电催化活性,低的储存量和稳定性极大地限制了他们在上述电化学装置中的应用。因此,急需要研制出高性能的非贵金属电催化剂。近期,金属-有机框架（MOF）衍生的过渡金属基电催化剂由于具有高的孔隙率、大的比表面积及多活性中心
癌症的诊疗一体化是一种将疾病的诊断、监测与治疗有机结合的新兴生物医学技术,功能性纳米材料在其中发挥了重要作用。本论文利用p H响应性沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIF-8）封装二氧化钛纳米粒子（TiO2NPs）和NaGdF4:Yb3+,Tm3+,Nd3+上转换纳米粒子（UCNPs）,并负载姜黄素（Cur）进行诊断和治疗。具体研究内容如下:1.以乙二醇为溶剂用溶剂热法制备上转换纳米粒子NaGdF4:Yb
C–C键的选择性活化是有机化学中最重要的领域之一,它通过改变碳骨架来制备其他方法难以获得的有机化合物。在现有的C–C键裂解转化中,使用重氮化合物或其前体将碳原子插入C–C键是建立高选择性和复杂性分子的有力手段,这一策略已成功应用于天然产物的全合成中。使用重氮化合物作为卡宾前体和环状/非环酮类衍生物发生反应仅能得到sp~3杂化的碳原子同系化产物。然而,具有sp~2杂化的碳原子同系化产物的C–C键插入
目前,商用锂离子电池中含有易燃液态有机电解质,容易引发火灾、爆炸等安全问题。用固态电解质代替易燃有机液态电解质是解决锂电池安全问题的有效途径。在各种类型的固态电解质中,复合固态电解质（CSEs）已经成为一种具有巨大发展潜力的电解质。本学位论文的具体内容如下:1.通过静电纺丝技术成功制备了Al4B2O9纳米纤维（Al4B2O9NFs）,并将其填充在PEO聚合物基体中制备了复合固态电解质Al4B2O9
随着荧光成像技术和超分辨显微技术的发展,荧光探针以其灵敏度高、特异性强、响应迅速和技术简易等优点,已成为生物传感和成像领域的强有力工具。目前荧光探针的研究热点是开发性能更加优异、多样化的新型探针来检测关键的生理过程和生物物种。本论文利用苝母体优异的物理化学性质,设计合成了两种细胞器靶向的荧光探针并将其应用于活细胞成像,为进一步了解疾病进展过程中细胞的内部变化提供了更多的选择工具。还利用苝衍生物设计
硫属化合物具有的优异的光热、光电性质,在光学治疗、生物传感器和催化领域得到了各种应用。稀土上转换发光材料由于稳定的发光性能和较低的生物毒性,在生物医学领域展现出巨大的应用潜力。因此,由二者复合构筑的纳米多功能复合材料将在生物光学疗法和多模成像等领域具有潜在的应用。本论文通过简单高效的液相法将二元/三元硫属化合物半导体与稀土上转换发光材料相结合,构筑了具有优异磁-光-热多功能特性的纳米复合材料,并且