基于阳离子型MOF前驱体的Fe_Co-N-C碳基纳米氧还原电催化剂的设计、制备和催化性能的研究.pdf

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1、学校代码：10286分类号：O61密级：UDC：学号：152330基于阳离子型MOF前驱体的Fe/Co-N-C碳基纳米氧还原电催化剂的设计、制备和催化性能的研究研究生姓名：杜杰导师姓名：诸海滨研究员申请学位类别理学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称化学论文答辩日期20180524二级学科名称有机化学学位授予日期答辩委员会主席周建成评阅人徐海军谢一兵2018年5月24日硕士学位论文基于阳离子型MOF前驱体的Fe/Co-N-C碳基纳米氧还原电催化剂的设计、制备和催化性能的研究专业名称：化学研究生姓名：杜杰导师姓名：诸海滨IINanosized

2、Fe/Co-N-CElectrocatalystsDeriVedfromCationicMOFsforOxygenReduction:Design,PreparationandORRCatalysisAThesisSubmittedtoSoutheastUniVersityFortheAcademicDegreeofMasterofScienceBYDuJieSuperVisedbyProfessorHai-BinZhuSchoolofChemistryandChemicalEngineeringSoutheastUniVersityMay

3、2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸

4、质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：IV摘要摘要本文基于含四个1,2,4-三氮唑基团的配体TTPPDA-4，通过溶剂热法制备了两个阳离子型金属-有机框架化合物（MOFs）[Co(TTPPDA-4)](ClO4)2.nS（简称Co-TTPPDA-4）和{[Cd(TTPPDA-4)(HCOO)](ClO4)·9H2O·DMF}n（简称Cd-TTPPDA-4）。通过两种不同的方法制备用于催化氧还原反

5、应（ORR）的碳基纳米电催化剂：（1）直接高温碳化MOF3-得到催化剂Co-N-C和N-C；（2）利用离子交换的方法向MOF孔腔中引入[Fe(CN)6]3-和[Co(CN)6]后，再进行高温碳化制备了Fe-Co-N-C、Fe-N-C和Co-N-C催化剂。对上述两种方法获得纳米催化剂进行了氧还原电催化活性研究，并结合对催化剂形貌，化学组成以及微观结构方面的表征，对催化剂的氧还原催化活性的影响因素做了深入探讨。具体工作如下所述：Co-TTPPDA-4是一个以线性三核钴作为12连接无机节点的阳离子型骨架的三维非-穿插结构，其一维孔道中含有可交换的

6、ClO4阴离子。通过在不同温度下直接碳化Co-TTPPDA-4得到催化剂Co-N-C-x（x表示温度），其中Co-N-C-900ORR催化效果最好（Eonset=0.92V，E1/2=0.84V），但与Pt/C（Eonset=1.02V，E1/2=0.88V要差的多；将3-Co-TTPPDA-4浸泡在不同浓度的K3[Fe(CN)6]溶液中，将通过阴离子交换将[Fe(CN)6]交换到Co-TTPPDA-4孔腔中，然后碳化得到Fe-Co-N-C-x-y（y表示K3[Fe(CN)6]溶液百分比浓度），其中最优条件下得到的催化剂Fe-Co-N-C-

7、900-2（Eonset=0.97V，E1/2=0.86V）其ORR催化效果明显提高，接近Pt/C，而且抗甲醇中毒性比Pt/C好。-Cd-TTPPDA-4也是一种可交换ClO4阴离子的三维非穿插结构。在不同温度下直接碳化Cd-TTPPDA-4得到催化剂N-C-x（x表示温度），其中N-C-1000（Eonset=1.02V，E1/2=0.90V）表现出优异的ORR催化活性，和Pt/C（Eonset=1.04V，E1/2=0.89V相近。将Cd-TTPPDA-4浸泡在不同浓度的K3[Fe(CN)6]溶液中进行离子交换，碳化得到Fe-N-C-1

8、000-y（y表示K3[Fe(CN)6]溶液百分比浓度），最优条件得到的催化剂Fe-N-C-1000-2（Eonset=1.05V，E1/2=0.91V）与N-C-1000相比，