ZIF-67衍生钴基材料的制备及其电化学性质研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zuoshuqiong
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金属有机骨架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)是一种由金属离子和有机配体通过配位键组装成的无机-有机杂化功能材料。由于其合成方法简单、灵活的多孔性、比表面积大和结构灵活可控等特点,使得近年来在分子识别、磁学、光致发光、药物传递、气体储存和催化等方面引起广泛的关注。但是,较差的导电能力限制了MOF电化学应用,所以,我们巧妙的利用ZIF-67前驱体,实现其衍生金属基功能材料在生物传感器、锂电池、电解水析氢和氧还原领域的应用,主要工作如下:(1)通过ZIF-67合成介孔十二面体Co3O4应用葡萄糖氧化,实现了无酶、非贵金属的葡萄糖检测,当检测葡萄糖时,具有2.0μM-6.06 mM的浓度检测窗口,灵敏度高达708.4μA mM-1cm-2,响应时间少于2 s,而且,在葡萄糖氧化的基础上搭建燃料电池,促进燃料到能源的绿色转化。(2)通过改变合成ZIF-67的溶剂,合成出不同的ZIF-67结构,然后在空气中高温热解,制备出菱形十二面体多孔Co3O4,将其用于锂电池负极,多孔的空隙空间为Li+嵌入/脱出带来体积变化提供了有效的缓冲,有助于电极材料在充放电的过程中保持稳定的循环容量,并且循环至20圈时,充放电容量分别为1030.4 mAh g-1、969.8 mAh g-1,仍高于其理论比容量。(3)以ZIF-67为主体,引入二氰二胺混合高温煅烧,合成嵌有金属钴纳米颗粒的掺N碳纳米管(Co@NCNT),利用XRD、比表面积分析、扫描电镜、透射电镜和X射线光电子能谱等表征手段对所制备的材料进行物相、结构及组分分析;并利用标准三电极系统对材料的析氢反应(HER)、氧还原反应(ORR)和葡萄糖氧化(GOR)电催化性能进行测试,表现出类似商业Pt-C(Pt负载量:20%)的催化活性。用于催化ORR时,工作稳定性和耐甲醇能力方面远优于Pt-C。这种多功能的催化效果归结于复合材料中各组分之间的协同效应。
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