MOFs/碳基催化剂的制备及其氧气还原/析出性能

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发展高性能、低成本的氧还原反应(ORR)和氧析出(OER)双功能催化剂,对提高二次锂-空气电池性能具有重要意义。金属有机骨架材料(MOFs)具有高的比表面积、孔结构可调及易功能化等优点,最近在电催化领域引起了极大的关注。本文将MOFs与碳材料进行复合,得到MOFs/C复合催化剂,随后又通过热处理得到MOFs/C基衍生物催化剂。对这些MOFs/C基催化剂进行了表征,并且在碱性电解质中评价了它们的ORR和OER催化剂性能。  通过水热法将Co-OBA在Vulcan XC-72上原位生长,得到Co-OBA/Vulcan XC-72复合催化剂。复合催化剂在结构不仅保留了Co-OBA的针状结构,而且还具备更优的导电性和热稳定性,从而表现出更好的ORR/OER催化活性。在0.1M KOH电解液中,催化剂的ORR起始电压和-0.4 V下的电流密度分别为-0.162 V和6.35 mA·cm-2,在0.8 V下OER的电流密度高达12.10 mA·cm-2。  通过水热法合成Co-ZIF-4,与碳纳米管混合后,在氮气中焙烧得到复合催化剂。复合催化剂保留了ZIF的独特结构,并且电催化活性随着焙烧温度的升高呈先增大后减小的趋势,其中,Z-CT-800催化剂的电催化活性最好,在0.1 M KOH电解液中,ORR的起始电压,半波电势和-0.8 V下的电流密度分别为0.111 V,-0.176 V和5.47 mA·cm-2; OER在电流密度为10 mA·cm-2的电压和0.8 V下的电流密度分别为0.71 V和104.14mA·cm-2。  通过水热法合成ZIF-67,与氧化石墨混合后,依次在氮气和氧气中热处理得到GO@Co3O4@Co复合催化剂。催化剂的电催化性能随着氧气气氛下热处理温度先升高后降低,其中,200℃氧气气氛下得到的催化剂在碱性环境下表现出最优的催化活性,其ORR活性与商业Pt/C很接近,其ORR半波电势为-0.111 V,其OER在电流密度为10 mA·cm-2时电压为0.734V。
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