亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        金屬有機(jī)骨架衍生的多活性位點(diǎn)多孔碳氧還原催化劑的制備及其在鋅空氣電池中的應(yīng)用

        2021-10-30 06:47:24吳小虎陳明君徐俊文
        黑龍江科學(xué) 2021年20期
        關(guān)鍵詞:催化劑結(jié)構(gòu)

        吳小虎,陳明君,徐俊文,劉 昱

        (華東交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,南昌 330013)

        0 引言

        化石能源的大量使用導(dǎo)致溫室效應(yīng),引發(fā)了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題[1],且儲(chǔ)量日益減少,導(dǎo)致未來(lái)難以滿(mǎn)足人類(lèi)能源的需求。風(fēng)能、太陽(yáng)能等因其綠色環(huán)保、儲(chǔ)量豐富,具有廣闊的發(fā)展前景,但其能量輸出不穩(wěn)定,使用條件要求苛刻[2]。故此,為了使此類(lèi)能源可以持續(xù)、穩(wěn)定地輸出,利用化學(xué)電池作為能源轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)裝置必不可少[3]。

        鋰電池是使用最為廣泛的化學(xué)能源轉(zhuǎn)換儲(chǔ)存裝置[4],但其安全性差,能源密度低(200~250 Wh kg-1),嚴(yán)重限制了其發(fā)展和應(yīng)用。鋅空氣電池以鋅金屬為電極陽(yáng)極,以空氣電極為陰極,通過(guò)鋅金屬的氧化反應(yīng)產(chǎn)生電流[5],具有高理論能量密度(1 084 Wh kg-1),價(jià)格低廉,取材豐富,其電池運(yùn)行機(jī)制與燃料電池相似,具有較高的能量轉(zhuǎn)化效率,但其發(fā)生在電極上的氧氣還原反應(yīng)的低反應(yīng)速度嚴(yán)重限制了其性能?;诖?,開(kāi)發(fā)一種高效的氧氣還原反應(yīng)電催化劑成為提高鋅空氣電極性能的重要途徑。Pt及Pt合金催化劑是一種良好的電催化劑,但是價(jià)格昂貴,具有稀缺性和易被毒化性,限制了其發(fā)展和廣泛使用。尋找價(jià)格低廉、高效穩(wěn)定的非貴金屬電催化劑成為研究熱點(diǎn)[6-7]。

        導(dǎo)報(bào)導(dǎo),石墨烯封裝碳化鐵納米粒子具有較高的氧氣還原反應(yīng)的催化效率,在其位點(diǎn)中,外層石墨烯材料具有保護(hù)內(nèi)部氮化鐵納米粒子在極端條件下不被腐蝕和氧化的作用,其內(nèi)部碳化鐵材料雖然直接與電極材料接觸,但是其與外層石墨烯的協(xié)同效應(yīng)使其能夠有效活化外層石墨烯,提高外層石墨烯對(duì)氧還原(ORR)反應(yīng)催化效率[8]。碳多孔材料摻雜原子有益于提高催化性能,通過(guò)調(diào)控金屬有機(jī)骨架(MOFs)配體和金屬原子成分,得到多雜化原子多孔碳材料??稍跓峤膺^(guò)程中加入富含雜化原子的有機(jī)物,引入不同的雜化原子。存在于同一材料的不同雜化原子具有協(xié)同效應(yīng),可以有效提高電催化劑性能[9]。MOFs是一種由金屬離子與有機(jī)配體通過(guò)共價(jià)鍵連接拓展形成的三維開(kāi)放框架結(jié)構(gòu)的多孔材料,憑借其高比表面積、結(jié)構(gòu)高度可設(shè)計(jì)性、易功能化的特點(diǎn),作為自犧牲模板,在電催化劑的應(yīng)用中受到關(guān)注[10-11]。MOFs在高溫?zé)峤膺^(guò)程中,有機(jī)配體原位轉(zhuǎn)化為承載了金屬/金屬氧化物/金屬碳化物的多孔碳材料,此合成方式,保證了電催化劑的高比面積和活性位點(diǎn)的均勻分布,這些特點(diǎn)都能夠有效提高電催化性能[12]?;诮饘儆袡C(jī)骨架材料的高比表面積和位點(diǎn)分散均勻的特點(diǎn)和石墨烯封裝氮化鐵納米材料對(duì)于氧氣還原反應(yīng)的高效催化效率的特點(diǎn),對(duì)MOFs前驅(qū)體材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),合成設(shè)計(jì)一種含有多金屬的金屬有機(jī)骨架材料,通過(guò)在氣體保護(hù)下的高溫分解方法,一步合成多活性位點(diǎn)的納米多孔碳材料,探究其ORR催化活性,為高效的鋅空氣電池的研究與發(fā)展提供基礎(chǔ)理論數(shù)據(jù)。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 MIL-88B納米棒的制備

        根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[13],合成了MIL-88B納米棒。將0.16 g F127(Mw=10000)和0.179 g FeCl3·6H2O溶于15 mL去離子水中。將所得到的溶液攪拌1 h,注入0.6 mL醋酸。攪拌1 h后,注入0.06 g 2-氨基對(duì)苯二甲酸。反應(yīng)混合物再攪拌2 h,轉(zhuǎn)移到高壓釜中,在110℃下結(jié)晶24 h。深棕色的產(chǎn)品被回收,并用乙醇洗滌幾次。

        1.2 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修飾的MIL-88B納米棒

        制備好的MIL-88B納米棒分散在10 mL含有PVP(0.5 g,Mw=40000)的甲醇溶液,進(jìn)一步在室溫下攪拌12 h。得到的產(chǎn)品沉淀離心,用甲醇洗幾次并分散在15 mL的甲醇中,以備進(jìn)一步使用。

        1.3 MIL-88B@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)的合成

        0.5 mL均勻分散后的PVP修飾的MIL-88B納米棒懸濁液,4 mL的15 mM的 2-甲基咪唑溶液和4 mL 15 mM的Zn(NO3)2·6H2O室溫下混合并靜置6 h。產(chǎn)品離心收集,用甲醇洗滌幾次,真空干燥過(guò)夜。

        1.4 MIL-88B@ZIF-8熱解結(jié)構(gòu)的制備

        將MIL-88B@ZIF-8粉體置于陶瓷樣品池中,在N2氣氛下,以5℃/min的速率加熱至900℃并保持2 h,再自然冷卻至室溫。

        1.5 電化學(xué)性能測(cè)試

        選用由上海辰華公司生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極裝置CHI760E雙恒電位儀進(jìn)行線性伏安掃描。采用三電極體系,電解液為0.1 mol/L KOH溶液,掃描速度為20 mV/s。向電解液中通入N2/O2使電解液達(dá)到氣氛飽和,電極進(jìn)行循環(huán)伏安。循環(huán)伏安掃描結(jié)束后,按照常規(guī)操作進(jìn)行相應(yīng)的樣測(cè)試,得到樣品的線性伏安曲線。所有測(cè)試都在室溫下進(jìn)行。使用線性伏安掃描測(cè)試制備的樣品材料 LSV 曲線可以對(duì)催化劑進(jìn)行初步探討,線性伏安測(cè)試中催化劑材料的起始電位和半波電位是測(cè)試的重要參數(shù)。

        對(duì)工作電極進(jìn)行預(yù)處理,先打磨電極表面,拋光后用乙醇和去離子水洗滌,干燥備用。取6 mg樣品放入小離心管中,加入300 μL無(wú)水乙醇、100 μL水和30 μL Nafion溶液超聲1 h,得到分散均勻的溶液。用移液槍取溶液使其均勻鋪滿(mǎn)電極,在異丙醇環(huán)境下自然干燥,得到膜均勻的工作電極。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 形貌描述

        如圖1a所示,新制備的MIL-88B呈現(xiàn)棒狀結(jié)構(gòu),長(zhǎng)度約300~800 nm,直徑約為200 nm。當(dāng)MIL-88B浸入到ZIF-8的母液中,ZIF-8開(kāi)始在MIL-88B納米棒表面生長(zhǎng),最終完全覆蓋,形成花瓣?duì)畹腪IF-8覆蓋層,得到MIL-88B@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)(圖1b)。MIL-88B@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)在熱解的條件下,結(jié)構(gòu)開(kāi)始坍塌,形成多活性位的納米多孔碳材料(圖1c)。

        2.2 MIL-88B@ZIF-8熱解結(jié)構(gòu)電化學(xué)性能

        MIL-88B@ZIF-8熱解結(jié)構(gòu)的電催化活性通過(guò)循環(huán)伏安法(CV)測(cè)量。如圖2a所示,MIL-88B@ZIF-8熱解結(jié)構(gòu)在飽和N2的KOH溶液中未見(jiàn)明顯的氧化還原峰。相比之下,當(dāng)溶液被O2飽和時(shí),在0.83 V(相對(duì)于RHE)可以清楚地觀察到明顯的陰極峰。采用旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極(RDE)測(cè)量,進(jìn)一步研究MIL-88B@ZIF-8熱解結(jié)構(gòu)在飽和O2的0.1 M KOH溶液中的電催化活性和動(dòng)力學(xué)(如圖2b所示)。相應(yīng)的Koutecky-Levich (K-L)曲線顯示了從0.2到0.7 V電流密度倒數(shù)(j-1)對(duì)轉(zhuǎn)速平方根倒數(shù)(ω-1)的函數(shù)關(guān)系(如圖2c)。MIL-88B@ZIF-8熱解結(jié)構(gòu)的ORR中每個(gè)O2(n)所涉及的電子數(shù)由K-L方程決定,K-L曲線具有較好的線性,表明ORR過(guò)程為相對(duì)于溶解氧的一級(jí)反應(yīng),相對(duì)應(yīng)曲線的斜率相近,表明在不同的電勢(shì)下反應(yīng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)相近的電子轉(zhuǎn)移數(shù)。根據(jù)計(jì)算得知,樣品材料在ORR反應(yīng)中符合4e-過(guò)程。

        圖1 MIL-88B納米棒(a)、MIL-88B@ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)(b)和MIL-88B@ZIF-8熱解結(jié)構(gòu)的掃描電鏡(SEM)圖片F(xiàn)ig.1 Picture of MIL-88B nanorod(a), MIL-88B@ZIF-8 core-shell structure(b) and MIL-88B@ZIF-8 scanning electron microscopy (SEM) of pyrolysis structure

        圖2 (a)掃描速率為20 mV s-1的0.1 mol/L KOH溶液中N2和O2飽和的CV曲線; (b)不同旋轉(zhuǎn)速度下的LSV曲線;(c)K-L曲線Fig.2 (a)N2 and O2 saturated CV curve of 0.1 mol/LKOH solution of 20 mV s-1 scanning speed

        3 總結(jié)

        通過(guò)對(duì)前驅(qū)物金屬有機(jī)骨架材料的雙金屬的設(shè)計(jì),采用熱解法,制備了多活性位點(diǎn)多孔碳ORR催化劑。該催化劑在ORR反應(yīng)中符合4e-過(guò)程,其為高效穩(wěn)定的非貴金屬電催化劑的研究提供了借鑒和理論數(shù)據(jù)。

        猜你喜歡
        催化劑結(jié)構(gòu)
        《形而上學(xué)》△卷的結(jié)構(gòu)和位置
        論結(jié)構(gòu)
        新型平衡塊結(jié)構(gòu)的應(yīng)用
        模具制造(2019年3期)2019-06-06 02:10:54
        直接轉(zhuǎn)化CO2和H2為甲醇的新催化劑
        鋁鎳加氫催化劑在BDO裝置運(yùn)行周期的探討
        論《日出》的結(jié)構(gòu)
        新型釩基催化劑催化降解氣相二噁英
        掌握情欲催化劑
        Coco薇(2016年2期)2016-03-22 02:45:06
        V2O5-WO3/TiO2脫硝催化劑回收研究進(jìn)展
        創(chuàng)新治理結(jié)構(gòu)促進(jìn)中小企業(yè)持續(xù)成長(zhǎng)
        国产激情久久久久久熟女老人av| 一本大道道久久综合av| 狂野欧美性猛xxxx乱大交| 国产在线不卡一区二区三区| 亚洲国产精品线观看不卡| 亚洲精品乱码久久麻豆| 亚洲精品宾馆在线精品酒店| 美女视频黄的全免费视频网站| 国产精品大屁股1区二区三区| 超短裙老师在线观看一区二区 | 日本精品一区二区在线看| 国产综合开心激情五月| 免费看av在线网站网址| 国产麻豆精品一区二区三区v视界| 国产精品亚洲精品日产久久久| 蜜臀av一区二区三区久久| 国产99久久久国产精品免费看| 91免费永久国产在线观看| 亚洲高清在线视频网站| 高级会所技师自拍视频在线| 国产精品免费看久久久8| 亚洲a级片在线观看| 粉色蜜桃视频完整版免费观看在线| 国产爆乳美女娇喘呻吟| 亚洲中文有码字幕青青| 亚洲一区二区免费日韩| 水蜜桃在线精品视频网| 鸭子tv国产在线永久播放| 国产V日韩V亚洲欧美久久| 日本小视频一区二区三区| 国产精品私密保养| 国产在线无码一区二区三区| 一本色道久久综合中文字幕| 夜晚黄色福利国产精品| 米奇777四色精品人人爽| 亚洲国产成人久久综合一区77| 亚洲熟女天堂av一区二区三区| 国产七十六+老熟妇| 欧美一级欧美一级在线播放| 精品视频一区二区在线观看| 亚洲av男人电影天堂热app|