论文部分内容阅读
金属有机骨架材料(Metal-organic frameworks，MOFs)，又称多孔配位聚合物，是一类通过无机金属离子或金属簇与有机配体自组装形成的纳米多孔新型功能材料。由于其尺寸可调控、超高的比表面积和孔隙率大等特点，且其可选择的金属离子、有机配体的种类繁多，故而MOFs的结构具有多样性，使得其广泛应用于气体吸附、存储和分离、电极材料、药物传输、催化等领域。
本论文研究的主要内容是制备基于MIL-53(Fe)的功能材料，并研究其作为电化学传感器进行检测和作为电催化剂分解水方面的应用，具体如下：
1.制备了基于MIL-53(Fe)的电化学传感器，并对水中存在四环素污染物体系进行了电化学检测实验。实验结果表明，该电化学传感器能够痕量检测水体中的四环素，在实际水体(自来水、河水)中也能够有效检测。具体为：用微分脉冲伏安法(DPV)分析检测四环素的性能，在0.0643μmol/L—0.769μmol/L和0.769μmol/L—1.53μmol/L浓度范围内显示出较高的四环素灵敏检测性能，检测限为0.0260μmol/L；该传感器有良好的重现性，用7个不同的玻碳电极进行DPV检测，相对标准偏差为7.3%；将MIL-53(Fe)/GCE在室温空气中放置三周后再进行测试，保留了大于96%初始Ip值，表明其稳定性好；该传感器制备过程简单，成本低，灵敏度高。在四环素痕量检测的实际应用中具有很大的潜力。
2.通过简单的一步溶剂热法制备了Ni掺杂NH2-MIL-53(Fe)电催化材料，采用SEM、TEM、XRD、FTIR和XPS等手段对材料进行表征，通过电化学阻抗(EIS)实验研究其催化性能。在1.0mol/LKOH溶液中测试其析氧反应(OER)和析氢反应(HER)性能，金属Fe、Ni摩尔比为1：3时所制备的NM-Fe1Ni3/NF电催化材料性能最好，在OER和HER中实现10mA·cm-2电流密度的过电位分别为229mV和164mV，OER和HER的塔菲尔斜率(Tafel)分别为43mV·dec-1和104mV·dec-1，由双电层电容(Cdl)的数值可以看出NM-Fe1Ni3具有较高的电化学活性表面积(ECSA)和较快的电子转移速率。还测试了NM-Fe1Ni3/NF电催化剂的整体水分解性能，NM-Fe1Ni3/NF//NM-Fe1Ni3/NF仅需1.65V电压即可达到~15mA·cm-2并实现整体水分解，且具有良好的稳定性。
3.采用一步溶剂热法制备了NH2-MIL-53(Fe)与AgInS2不同比例的催化材料。之后采用SEM、XRD、FTIR和XPS等手段对材料进行表征，通过电化学阻抗(EIS)实验研究其催化性能。在1.0mol/LKOH溶液中测试其析氧反应(OER)和析氢反应(HER)性能，结果表明AgInS2加入量为50mg时所制备的材料NM-Fe/50A催化性能最好，在HER和OER中实现10mA·cm-2电流密度的过电位分别为90mV和357mV，且OER和HER的塔菲尔斜率(Tafel)分别为45mV·dec-1和96mV·dec-1，由双电层电容(Cdl)的数值可以看出NM-Fe/50A具有较高的电化学活性表面积(ECSA )和较快的电子转移速率。NM-Fe/50A/NF//NM-Fe/50A/NF在达到10mA·cm-2和30mA·cm-2时连续24小时连续运行的计时电位中表现出较好的稳定性。
本论文研究的主要内容是制备基于MIL-53(Fe)的功能材料，并研究其作为电化学传感器进行检测和作为电催化剂分解水方面的应用，具体如下：
1.制备了基于MIL-53(Fe)的电化学传感器，并对水中存在四环素污染物体系进行了电化学检测实验。实验结果表明，该电化学传感器能够痕量检测水体中的四环素，在实际水体(自来水、河水)中也能够有效检测。具体为：用微分脉冲伏安法(DPV)分析检测四环素的性能，在0.0643μmol/L—0.769μmol/L和0.769μmol/L—1.53μmol/L浓度范围内显示出较高的四环素灵敏检测性能，检测限为0.0260μmol/L；该传感器有良好的重现性，用7个不同的玻碳电极进行DPV检测，相对标准偏差为7.3%；将MIL-53(Fe)/GCE在室温空气中放置三周后再进行测试，保留了大于96%初始Ip值，表明其稳定性好；该传感器制备过程简单，成本低，灵敏度高。在四环素痕量检测的实际应用中具有很大的潜力。
2.通过简单的一步溶剂热法制备了Ni掺杂NH2-MIL-53(Fe)电催化材料，采用SEM、TEM、XRD、FTIR和XPS等手段对材料进行表征，通过电化学阻抗(EIS)实验研究其催化性能。在1.0mol/LKOH溶液中测试其析氧反应(OER)和析氢反应(HER)性能，金属Fe、Ni摩尔比为1：3时所制备的NM-Fe1Ni3/NF电催化材料性能最好，在OER和HER中实现10mA·cm-2电流密度的过电位分别为229mV和164mV，OER和HER的塔菲尔斜率(Tafel)分别为43mV·dec-1和104mV·dec-1，由双电层电容(Cdl)的数值可以看出NM-Fe1Ni3具有较高的电化学活性表面积(ECSA)和较快的电子转移速率。还测试了NM-Fe1Ni3/NF电催化剂的整体水分解性能，NM-Fe1Ni3/NF//NM-Fe1Ni3/NF仅需1.65V电压即可达到~15mA·cm-2并实现整体水分解，且具有良好的稳定性。
3.采用一步溶剂热法制备了NH2-MIL-53(Fe)与AgInS2不同比例的催化材料。之后采用SEM、XRD、FTIR和XPS等手段对材料进行表征，通过电化学阻抗(EIS)实验研究其催化性能。在1.0mol/LKOH溶液中测试其析氧反应(OER)和析氢反应(HER)性能，结果表明AgInS2加入量为50mg时所制备的材料NM-Fe/50A催化性能最好，在HER和OER中实现10mA·cm-2电流密度的过电位分别为90mV和357mV，且OER和HER的塔菲尔斜率(Tafel)分别为45mV·dec-1和96mV·dec-1，由双电层电容(Cdl)的数值可以看出NM-Fe/50A具有较高的电化学活性表面积(ECSA )和较快的电子转移速率。NM-Fe/50A/NF//NM-Fe/50A/NF在达到10mA·cm-2和30mA·cm-2时连续24小时连续运行的计时电位中表现出较好的稳定性。