MOF衍生NiSe_(2)@NC的制备及电催化析氢综合设计实验

为了开拓学生的科学眼界,加深学生对于催化剂以及电催化反应的理解,设计开发了基于金属-有机框架物(metal-organic frameworks,MOF)衍生NiSe_(2)的制备及电催化析氢的综合性实验。实验制备MOF纳米片作为前驱体,进一步二次煅烧制备核壳结构的NiSe_(2)@NC催化剂,通过X-射线粉末衍射(powerx-raydiffraction,PXRD)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)和透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)等分析手段对产品进行表征,最后考察材料的电催化析氢性能。通过该综合实验,学生不仅可以了解相关科技前沿,而且可以更好地掌握MOF及其衍生催化剂的合成方法、电催化性能测试以及电化学工作站等仪器的使用操作技能,为将来从事相关科研或实践工作打下基础。

多羧酸基MOFs及其衍生物作为锂离子电池负极的研究进展

金属有机框架材料(MOFs)是由金属离子与有机配体通过较强的化学键而形成的配位聚合物,这类材料通常具有较大的比表面积和较高的孔隙率,同时基于有机配体的选择多样性使其具有灵活多变的结构特点和特殊性质。其中多羧酸基MOFs作为锂离子电池负极材料具有较为突出的电化学性能,主要是由于羧酸基团为锂离子的嵌入提供了结合位点。因此,基于多羧酸基MOFs在电极材料中的最新研究进展,介绍了多羧酸基MOFs、多羧酸基MOFs的复合材料、多羧酸基MOFs衍生的金属氧化物及其复合材料进行了分类综述,主要阐述了它们的合成方法、形貌特征及其电化学性能,为广大研究者提供相关方面的文献总结。

MnO_(x)-CeO_(2)催化剂中元素价态对低温SCR还原NO_(x)性能的影响

采用具有MOFs结构的Ce-MOFs作为前驱体,制备了一系列不同Ce4+离子浓度的CeO_(2),然后负载MnO_(x)制备MnO_(x)-CeO_(2)催化剂,研究发现热处理工艺可以有效调控催化剂中Mn元素和Ce元素的化合价,从而调控催化活性。其中700℃焙烧的CeO_(2)载体负载MnO_(x)后经过300℃热处理制备的催化剂,具有最高脱硝活性,在150~200℃的温度区间NO_(x)转化率接近100%。X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、NH_(3)程序升温脱附(NH_(3)-TPD)、NO温度程序脱附(NO-TPD)等分析显示,在MnO_(x)-CeO_(2)催化剂上SCR脱硝反应主要遵循L-H路径,催化剂中的高浓度Ce^(4+)离子、Mn^(2+)离子和Mn^(3+)离子,有利于催化剂的低温SCR脱硝活性,而Mn4+离子并不是催化剂的最佳活性成分。

金属-有机骨架化合物为前驱体制备CuO/CeO_2催化剂及在富氢条件下催化CO的氧化

采用金属-有机骨架化合物(MOFs)Ce(1,3,5-BTC)(H2O)6为前驱体浸渍Cu2+离子后焙烧得到CuO/CeO2催化剂(B系列),并应用于富氢气氛中CO优先氧化反应(CO-PROX).通过与CuO/CeO2催化剂(A-600)对比发现,不同的MOFs前驱体对催化剂铜活性物种的分散程度有很大影响.X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和氛气程序升温还原(H2-TPR)等表征均证明B系列催化剂表面铜有聚集现象,由此增加了催化剂的抗H2O和CO2性能.

基于Co(Ⅱ)配合物前驱体的微纳米Co_3O_4功能材料的研究进展

金属有机骨架化合物(MOFs)是由有机配体和金属节点通过自组装形成的一类具有周期性结构和较大比表面积的材料。目前,选择MOFs材料作为前驱体,经高温焙烧合成纳米金属氧化物或纳米复合金属氧化物材料是一大研究热点。综述了近年来以Co基配位聚合物为前驱体制备纳米Co_3O_4或Co_3O_4/碳纳米复合材料的方法,以及Co_3O_4纳米材料在锂离子电池负极材料、超级电容器、电催化析氧反应、气敏材料及催化剂材料等研究领域的应用,并对其今后的发展进行了展望。

金属有机骨架衍生的自支撑Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)纳米片阵列用于高效电催化分解水性能研究

采用简单、可控的阳离子交换法和水热法在导电基底上成功构筑了具有自支撑纳米片阵列结构的Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)电催化剂,在碱性电解液(1 mol/L KOH)中,采用三电极体系分别研究了Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)的电催化析氧和析氢性能。在析氧性能测试中,Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)/NF电催化剂获取50、100 mA/cm^(2)的催化电流密度所需要的过电位仅为230、280 mV。而在析氢性能测试中,Co_(9)S_(8)/Ni_(3)S_(2)/NF电催化剂获取-100 mA/cm^(2)的催化析氢电流密度所需的过电位仅为129 mV,同时该催化剂表现出了优异的电催化稳定性,其优异的电催化性能归因于其自支撑纳米片阵列结构,可提供更多的活性位点。

基于金属-有机骨架前驱体的先进功能材料

由于金属-有机骨架(metal-organic frameworks,MOFs)结构中含有碳源(有机配体)和金属源(金属或金属簇)物质,以MOFs为前驱体合成先进功能材料,如纳米多孔碳材料和金属氧化物纳米材料,是目前MOFs化学以及新功能材料研究领域一个新的热点。本文综述了近年来以MOFs为前驱体制备碳材料(纳米多孔碳材料、碳纳米点、碳纳米管等)、金属氧化物纳米材料(单金属氧化物Fe2O3、Zn O、Co3O4、Mg O、In2O3等;多金属氧化物纳米复合材料Gd2O3/Eu2O3、Fe2O3@Ti O2等)、金属氧化物/碳纳米复合材料(Fe3O4/C、Zn O/C等)等的合成方法,以及这些先进功能材料在超级电容器(supercapacitor)、氧还原反应(ORR)催化剂、氢气吸附、CO2捕获、光催化制氢催化剂等研究领域的应用,并对其今后的发展进行了展望。