金属-有机骨架(MOFs)因其可调节的孔隙度,结构可控等优点吸引了广大学者的关注。使用MOFs作为牺牲模板制备的衍生材料部分保留了前驱物的物理和化学特性,具有很高的研究价值。本论文选用双金属MOFs材料ZnCo-ZIFs作为模板,通过改变煅烧条件制备一系列的MOFs衍生碳基纳米材料,并将其作为催化剂应用于电催化反应。通过研究揭露不同的碳基复合材料与电催化性能之间的关系,实验结果表明一系列样品均可大量制备,并且材料良好的性能证明了此类纳米材料的实际应用性,同时也为我们在此类材料中掺杂其它金属元素提供了一种思路,并从中寻找性能更加优异的新材料,充分发挥材料工程的创新性与探索性的优点,更好的应用到电催化中。本论文的主要研究内容和结果如下:1.NC-CNTs-Co的制备及其电催化方面的应用。采用ZnCo-ZIFs作为模板,经过简单热处理衍生得到Co、C与碳纳米管(NC-CNTs-Co)复合材料。NC-CNTs-Co-9在碱性电解液中具有较好的电化学性能,NC-CNT-Co-9的工作电位为1.589 V,并且具有较好的电化学活性和耐久性。在本文工作中,热解温度是一个关键因素,提高电催化活动。通过调节热解温度,改变了 NC-CNTs-Co的化学组成和独特结构。首先,NC-CNTs-Co-9保留了八面体形貌,在八面体表面有最多的CNTs。因为碳纳米管具有大的表面积、高的导电性和稳定性等特点,使电催化活性得到明显的改善。其次,原位获得的CNTs能够降低内阻并促进电子传递,为OER提供了较大的电化学表面积。NC-CNTs-Co-9具有良好的电化学性能和化学稳定性。此外,NC-CNTs-Co-9的多孔结构,特别是介孔结构缩短了电解质的扩散途径,有效地提高了 OER活性。2.NC-CNTs-Co3O4的制备及其电催化方面的应用。采用ZnCo-ZIFs作为模板,通过碳化-氧化合成Co3O4、C和碳纳米管的纳米复合材料(NC-CNTs-Co3O4)。NC-CNTs-Co3O4表现出优异的电催化活性可归因于以下几点:首先,ZnCo-ZIFs衍生得到的NC-CNTs-Co3O4复合材料是由氮掺杂的碳骨架、碳纳米管以及均匀附着的Co3O4纳米颗粒组成,这种独特的碳骨架结构为催化剂-电极-电解液三者提供一个便利的接触通道,从而促进界面电荷转移。其次,较高的表面积、丰富的孔隙结构和连接CNTs的粗糙骨架结构也对增强电催化活性和稳定性起着至关重要的作用,因为它们增强了快速电荷、质量输运和材料与电解质之间良好的导电性。此外,在该催化反应中Co原子被氧化为活性中心Co3O4/CoOOH,通过Co3O4激活CoOOH,为加速OER过程提供了有效的电子途径。氮的引入可以促进电子与C/Co3O4的相互作用,在碳框架中引入更多的缺陷活性位点。正是由于上述这些特殊的物理化学特征使得NC-CNTs-Co3O4在OER测试中显现较为优秀的电化学性能(在10 mA cm-2处,过电位仅为359 mV,Tafel斜率为 82 mV dec-1)。3.NPC-CNTs-CoP的制备及其电催化方面的应用。采用ZnCo-ZIFs作为模板,通过碳化-氧化-磷化热解制备CoP、C和碳纳米管的复合材料(NPC-CNTs-CoP)。NPC-CNTs-CoP(P2)的电荷转移电阻更小,耐久性更好。得益于这种结构的独特特性,如较大的比表面积、多孔通道等,所得到的NPC-CNTs-CoP(P2)具有良好的循环稳定性,并且在10 mA cm-2条件下显示NPC-CNTs-CoP(P2)的过电位为224 mV。