金属有机框架衍生的超薄纳米结构在电催化中的应用研究开题报告
2021-03-14 21:32:02
1. 研究目的与意义（文献综述）
电解水制氢是清洁可再生能源发展的重要途径之一。目前主要的制氢工艺包括：以矿物燃料为原料制取氢气是当今获得氢气最主要的方法,其他还有生物制氢、化工制氢和水电解制氢，其中水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一[1]。目前的电解水制氢方法主要有三种：碱性电解水制氢，固体聚合物电解水制氢，及高温固体氧化物电解水制氢[2]。水的电解包括析氢和析氧两个反应，制约其发展的重大挑战之一就是析氧反应。在选择用于水电解过程的阳极时，首先要考虑电极材料的电化学性质，即在指定条件下的电极反应速度、析氧反应的电流效率以及电极材料本身的耐碱性等[3]。
过渡金属氧化物及其衍生物，由于具有丰富的储量、较高的活性、易于调控的位点，在电催化领域受到了较为广泛的研究[8]。二维结构由于具有丰富的活性位点、快速的电荷输运和充分的接触面积，可以有效提高材料的催化活性。金属有机框架（metal organic framework, mof）是由金属离子和有机配体络合形成的一类晶体材料[9-12]，zif-67是典型的由过渡金属co和二甲基咪唑配位形成的一类mof。由于金属离子和配体之间的键合程度容易受到其它化合物的影响而发生断裂重构[13-16]。因此，本课题拟利用zif-67做前驱体，通过牺牲zif-67框架形成基于过渡金属的超薄纳米结构，研究其在电催化中的应用。
2. 研究的基本内容与方案
2.1 基本内容
材料制备：以zif-67为模板材料，制备衍生超薄纳米材料。
材料表征：对zif-67和衍生超薄纳米材料进行结构表征和电化学性能测试，通过xrd、tem、sem、bet等表征手段对其形貌结构及元素构成进行了分析，并采用循环伏安(cv)、恒流充放电(et)、电化学阻抗法（eis）等电化学测试技术对其电容性能进行了系统评估。
3. 研究计划与安排
第1－4周：查阅相关文献资料，完成英文翻译；明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备；确定技术方案，完成开题报告。
第5－8周：按照设计方案，制备zif-67和衍生超薄纳米材料。
第9－12周：采用xrd、sem、tem、bet、cv、eis等测试技术对材料的物相、显微结构、比表面积、电催化性能等进行测试。
4. 参考文献（12篇以上）
[1] yang s, feng x, wang x, et al. graphene-basedcarbon nitride nanosheets as efficient metal-free electrocatalysts for oxygenreduction reactions [j], angewandte chemie international edition 2011, 50 (23):5339-5343.
[2] tian g, chen y, zhou w, et al.3d hierarchical flower-like tio2 nanostructure: morphology control and itsphotocatalytic property [j], crystengcomm 2011, 13 (8): 2994-3000.
[3] suntivich j, gasteiger ha,yabuuchi n, et al. design principles for oxygen-reduction activity onperovskite oxide catalysts for fuel cells and metal–air batteries [j], nat chem2011, 3 (7): 546-550.
