【摘 要】
:
金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是由无机金属节点及有机配体通过化学强度高的配位相互作用所形成的一种新型的多孔晶体材料,具有结构规则性和有序的孔隙度。其中,一类特殊的功能-微纳米中空材料,是一种具有明确边界和内部空间或空隙的多孔材料。它的结构特征使其具有低密度、高比表面积,能够暴露更多的活性位点,电荷传输距离短、提升反应传质扩散速率以及具有高容量等特点,
论文部分内容阅读
金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是由无机金属节点及有机配体通过化学强度高的配位相互作用所形成的一种新型的多孔晶体材料,具有结构规则性和有序的孔隙度。其中,一类特殊的功能-微纳米中空材料,是一种具有明确边界和内部空间或空隙的多孔材料。它的结构特征使其具有低密度、高比表面积,能够暴露更多的活性位点,电荷传输距离短、提升反应传质扩散速率以及具有高容量等特点,这使其引起了科研人员的广泛关注。本文主要围绕空心结构的MOFs材料的制备、合成、表征及对其相关的催化性能开展研究工作。论文主要内容和结论如下:1.本文采取了一种创新性的方法,相比较于在有机溶剂的环境中通过溶剂热反应制备传统型UiO-66-NH2,本文是在水酸环境中,通过恒温油浴反应,合成出的UiO-66-NH2(Zr)是一种具有三维褶皱的八面体结构的MOFs材料。在水体系下,高浓度的反应溶液促使晶核的生成和晶粒的生长的整个过程快速而又剧烈,使其晶体内部有很多缺陷产生,结构不稳定,随着反应的进行,体系溶液浓度逐步降低,晶粒的生长渐缓,因而晶体外部壳层缺陷较少,结构较为稳定。这种特殊的结构使得UiO-66-NH2(Zr)经过酸溶液的刻蚀,生成独特的具有三维褶皱状的空心结构,并且可以通过调节反应时间来控制壳层的厚度和空心程度,因此这种创新性的方法是很意义的并且是非常具有前景的。2.通过原位法,在水体系下合成具有三维褶皱状的UiO-66-NH2(Zr)的同时,加入Pd离子,通过酸刻蚀以及氢氩还原制备出具有三维褶皱状的空心Pd/UiO-66-NH2,将该空心材料用于糠醛选择性加氢制备糠醇的反应,实验表明,当Pd的掺杂量为3 wt%时,该催化剂展现出优异的催化效果,转化率高达96.8%,通过微孔壳的限域作用,实现了对糠醛的选择性催化,选择性可达92.4%,对其做了循环测试,该催化剂经过五轮循环,转化率和选择性依然高达90%以上,展现出该催化剂良好的稳定性,也说明了微孔壳起到了对活性位点的保护作用。3.通过原位法,在水体系下合成具有三维褶皱状的UiO-66-NH2的同时,加入醋酸钴和硫脲,通过酸刻蚀以及在氮气气氛下经过900℃的碳烧后,用HF处理,去除MOFs材料中的Zr,生成具有三维褶皱状含有硫化钴的氮掺杂空心碳材料(Co S/NC),将该材料掺硫后,用作锂硫电池的正极,实验表明硫化钴的掺杂量为15%时,制备的Co S/NC-S电极在1C的电流密度下,电池比容量最开始约为879 m Ah g-1,经过800次的循环,仍然有525.8 m Ah g-1的电池比容量,容量保持率约为60%,单圈容量损失率仅为0.05%,展现出该材料具有抑制穿梭效应的能力,并且具有优秀的循环稳定性。
其他文献
纳米颗粒是纳米材料制备过程中介于单原子与块体的中间产物,其展现出许多不同于块体的奇特物理和化学性能。因此,对纳米颗粒制备过程进行精确的控制可以使纳米颗粒具有优异的力、光、磁和电学性能,这对各领域的发展起着至关重要的作用。相较于固相法和液相法,气相法制备的纳米微粒具有纯度高、粒径分布集中、颗粒分散性好等优点,因而在诸多领域中有着广泛的应用。但由于实验技术和费用成本的限制,很难从原子/分子的尺度去观察
随着现代化工业的快速发展,能源的消耗量越来越大,另外,大规模的工业活动导致大量废水排放到环境中,造成了严重的环境污染。因此,研究人员致力于寻求一种绿色环保且高效的方法来解决上述能源和环境问题。其中,半导体光催化技术作为一种热门的研究方向,受到了人们的青睐。在众多的半导体光催化剂中,Ce O2具有较高的储存量和丰富的氧空位(Vo),且耐光腐蚀、稳定性好、无毒性,因此表现出良好的光催化应用前景。然而,
由于较低的密度、良好的耐蚀性和可焊性,5000系列Al-Mg合金获得了广泛的应用,然而这类合金一般只具有中等强度,所以提高这类合金的强度意义重大。通常,有两条途径可用来提高Al-Mg合金的强度:高应变量的塑性变形和提高溶质Mg含量。高应变量的塑性变形导致Al-Mg合金的低韧性,为了提高韧性,本文研究了溶质Mg原子对韧性的影响。本工作也研究了提高Mg含量的Al-10wt%Mg合金在中等变形量轧制和退
近年来,可穿戴电子、无源射频天线以及物联网应用的蓬勃发展,不断对低成本、高灵活性和环境友好的生产技术提出需求。而印刷电子由于符合这一发展需求,得以迅速兴起。在印刷电子领域,油墨大多由一些有机物或高分子材料组成,因此一些印刷的电子器件性能往往受限于油墨组成。研究表明,二维材料因其优异的特性在印刷电子领域极具吸引力,各种二维材料开始在印刷电子领域崭露头角。在电子电力系统中,电介质电容器是一种常见的电力
目前国内外钢渣的综合利用已经取得了长足的进步并积累了一定的成效,但依旧还存在一些问题。就钢渣安定性而言,目前尚需进一步探明影响钢渣安定性的因素及其影响大小,同时也需要建立一种快速安全的评价方法用于评价钢渣的安定性问题;就钢渣浸出特性而言,目前因缺少系统全面的对于钢渣浸出液中离子浓度的分析,而尚不能明确指导堆存过程中钢渣对土壤环境影响的评价;并且安定性与浸出特性是否有关联性也有待进一步明晰。基于此,
纳米二氧化钛(Ti O2)因其本身具有对环境友好、低廉的成本、良好的结构稳定性等优点因此得到了非常广泛的研究和应用,特别是在光催化领域有重要的研究价值。但是二氧化钛存在光生载流子分离、传输效率低,以及复合几率高的问题,因此在一定程度上限制了其光催化性能的提升。缺陷工程、介孔结构构筑工程被认为是能够有效提升Ti O2载流子分离传输效率的方法之一。同时,研究缺陷介孔的协同作用对提高Ti O2光催化性能
介电材料一直是材料领域的热门研究材料之一。但是由于传统的介电材料的研究方式都是通过大量的实验观察数据完成的,对于当今信息爆炸的时代以及智能化高速发展的时代已经跟不上脚步。利用第一性原理计算能够不断完善介电材料的发现和设计,但是研发周期依旧过长。因此探寻新的研究办法来加快介电材料的研究有重要的意义。新兴的机器学习方法在当前的材料计算科学中取得了飞速的发展,并已成为一种流行的学习工具。为解决前面所提到
随着科技的不断进步和经济的高速发展,能源短缺和环境破坏问题变得越来越突出。而甲烷二氧化碳重整反应(DRM)可以将甲烷和二氧化碳转化成CO和H2两种可供工业使用的合成气,使其不仅能有效的利用天然气,而且能减少二氧化碳排放量,从而缓解温室效应的压力,因此受到了国内外研究者的广泛关注。据已有报道,贵金属具有良好的活性和抗积碳性能,但由于贵金属价格昂贵,无法大规模投入使用。为了克服这一障碍,常用的策略便是
由于热拌沥青混合料在生产和路面施工过程具有高能耗、重污染的特点,道路行业转而对温拌技术进行了大量的研究与应用。本文在研究温拌阻燃沥青/混合料的性能基础上,系统研究温拌阻燃沥青路面建造过程的环境影响,比较热拌沥青混合料与温拌阻燃沥青混合料在整个路面LCA各个阶段中的能源消耗及环境排放之间的差异,分析相应的高能耗及高排放源头,为后续沥青路面节能环保建设提供积极的改进措施和借鉴意义。通过前期的实验室阶段
迄今为止,用于氧还原反应(ORR)和析氢反应(HER)的最有效的催化剂仍然是贵金属铂(Pt)基催化剂。铂碳(Pt/C)因其中含有大量的贵金属铂而价格高昂,在恶劣条件下没有足够的稳定性,且Pt的储量本就不足,严重限制了其大规模使用。为了促进PEMFC的工业化,降低Pt的用量和提高Pt基催化剂的稳定性是当务之急。长期以来,为减少Pt的含量,研究者们一直致力于制备高效的Pt基催化剂,包括与非贵金属形成合