二维共价有机框架材料光催化和 电催化研究进展EI北大核心

二维共价有机框架(2D COFs)具有高比表面积、孔隙可调、易于功能化和高度分散的催化活性位点等特点,有利于底物与催化活性位点接触,是理想异相催化剂,被广泛应用于光催化和电催化领域。本文从COFs结构和功能化设计策略出发,介绍2D COFs的合成方法,包括溶剂热合成法、离子热合成法、机械化学合成法、微波合成法、声化学合成法、室温合成法和界面合成法。详细介绍2D COFs催化剂在光催化和电催化领域的研究进展,包括析氢反应、析氧反应、氧还原反应、二氧化碳还原反应和光/电催化有机转化。最后,总结2D COFs在光催化和电催化领域面临的挑战,如有机配体成本高、难以工业化、使用牺牲剂等,并提出将光电有机合成与析氢反应或析氧反应的协同串联反应策略解决使用牺牲剂的问题。     

二维共价有机框架材料光催化和电催化研究进展

二维共价有机框架(2D COFs)具有高比表面积、孔隙可调、易于功能化和高度分散的催化活性位点等特点，有利于底物与催化活性位点接触，是理想异相催化剂，被广泛应用于光催化和电催化领域。本文从COFs结构和功能化设计策略出发，介绍2D COFs的合成方法，包括溶剂热合成法、离子热合成法、机械化学合成法、微波合成法、声化学合成法、室温合成法和界面合成法。详细介绍2D COFs催化剂在光催化和电催化领域的研究进展，包括析氢反应、析氧反应、氧还原反应、二氧化碳还原反应和光/电催化有机转化。最后，总结2D COFs在光催化和电催化领域面临的挑战，如有机配体成本高、难以工业化、使用牺牲剂等，并提出将光电有机合成与析氢反应或析氧反应的协同串联反应策略解决使用牺牲剂的问题。     

卟啉基共价有机框架材料的电化学应用探究

共价有机框架材料(COFs)是一类新型的结晶多孔聚合物,具有孔隙高、活性位点丰富、框架结构可调等特点,广泛应用于催化、储能、气体吸附及光电子等领域。其中卟啉基COFs因具有独特的共轭π电子结构,可促进激发态电子的传输,因此在电催化领域有重要的应用。主要介绍了卟啉基COFs的合成策略及其在析氢反应(HER)、析氧反应(OER)、氧还原反应(ORR)和超级电容器的应用,并结合目前研究中存在的问题,提出了卟啉基COFs今后在电催化及储能领域的挑战和发展方向。     

Co-MOFs材料在超级电容器方面的应用进展

本文阐述了近年来钴金属有机骨架(Co-MOFs)材料在超级电容器电极材料方面的研究进展,并对Co-MOFs材料和Co-MOFs衍生的氧化钴、钴氢氧化物、碳材料以及复合材料等用作超级电容器电极材料进行了分类总结,旨在为广大研究者提供相关方面的报道.     

通过与氧化石墨烯复合增强金属有机框架材料MOF(Ni)-74的电催化析氢性能

采用溶剂热法制备了金属有机框架材料 MOF(Ni)-74及其与氧化石墨烯(GO)的复合材料 MOF(Ni)-GO,并利用线性伏安扫描(LSV)等电化学方法在 N2饱和的0.5 mol/L H2SO4溶液中对材料的电催化性能进行了检测.实验结果表明,GO 的掺杂能显著提升金属有机框架材料 MOF(Ni)-74的电催化活性.其中 GO 含量为8%时,所得复合材料表现出最好的电催化析氢活性,起始电势仅为-0.462 V,塔菲尔斜率为110 mV/dec,同时该材料也表现出很好的电化学稳定性.     

通过与氧化石墨烯复合增强金属有机框架材料MOF(Ni)-74的电催化析氢性能

采用溶剂热法制备了金属有机框架材料MOF(Ni)-74及其与氧化石墨烯(GO)的复合材料MOF(Ni)-GO,并利用线性伏安扫描(LSV)等电化学方法在N_2饱和的0.5mol/L H_2SO_4溶液中对材料的电催化性能进行了检测。实验结果表明,GO的掺杂能显著提升金属有机框架材料MOF(Ni)-74的电催化活性。其中GO含量为8%时,所得复合材料表现出最好的电催化析氢活性,起始电势仅为-0.462V,塔菲尔斜率为110mV/dec,同时该材料也表现出很好的电化学稳定性。     

金属基磷化物纳米材料制备与电催化应用研究进展

处于纳米尺度的磷化物及其与贵金属构成的复合材料具有独特的物理和化学性质,在电催化领域有广泛应用。例如,在甲醇电催化氧化反应中,由于磷(P)比金属铂(Pt)或钯(Pd)等具有更大的电负性,金属原子的外层电子被P吸引而偏向P原子,从而间接提高了Pt或Pd对CO类中间产物的耐受性;在电解水析氢反应中,P可以作为质子受体,增强H⁺在金属上的吸附,从而促进析氢反应;在电解水析氧反应中,金属基磷化物容易被氧化成氧化物和氢氧化物,从而形成氧化物/氢氧化物-磷化物界面,进一步促进析氧反应。纳米颗粒的催化性能很大程度上取决于催化剂的结构、组分、组分之间的相互作用以及活性位点的电子结构,因此,对金属基磷化物基纳米复合材料的这些性质进行合理调控是提升其电催化性能的关键。本文所综述的材料范围包含金属基磷化物本身及其与贵金属构成的纳米复合材料,首先概括介绍金属基磷化物基纳米复合材料的合成方法和表征技术,进而阐述如何利用复合材料中晶格应变和电子耦合等物理效应提升电催化活性和稳定性。最后,围绕金属基磷化物基纳米复合材料电催化性能进一步提升的问题,对其未来合成策略和发展进行展望。     

二维碳化钼纳米材料的制备及其析氢催化性能研究

电解水制氢是目前重要的制氢技术之一,而经济、高效的析氢反应催化剂是这一技术实现工业化的关键之一。简要综述了近3年来二维(2D)碳化钼的主要制备方法及其对电催化性能的影响,并分析了现有制备方法的优势和不足,展望了新型二维碳化钼作为析氢催化材料在电解水中的应用前景。     

电纺碳基纤维材料电催化水分解制氢

电解水制氢是由阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)组成。由于HER和OER所需的过电位高,反应动力学迟缓,导致电解水槽电压远高于理论平衡电压,电能消耗严重。因此,探索高效、稳定的非贵金属基电催化剂具有重要的研究意义。利用静电纺丝技术构筑的纤维材料因其较大的比表面积、独特的化学结构、易于调节的组分以及快速的电子和物质传输性能而被广泛应用在能源转化与存储领域。基于此,综述了近几年电纺碳基纤维材料在电催化水分解制氢中的研究进展,重点关注了静电纺丝技术制备的纳米纤维电催化剂用于HER、OER以及作为双功能催化剂在全水分解中产生高催化性能的优势,并对电纺材料在电催化水分解中的应用特点及其未来可能面临的挑战和发展趋势进行了展望。     

碳化钼电解水析氢催化剂的性能调控研究进展

氢气作为一种绿色、可持续的能源,有望代替传统的化石能源。电解水产氢是氢能可持续发展的理想途径。发展非贵金属电催化剂,提高电催化析氢反应(HER)效率,成为目前面临的主要问题。碳化钼因具有较好的电催化析氢活性和优异的稳定性,得到了广泛的关注。本文综述了近几年碳化钼电催化剂电解水产氢的研究进展,重点分析了提高其电催化析氢性能的一些方法,并对碳化钼的性能调控研究进行了展望。     

氮掺杂碳纳米纤维包覆超细碳化钼/氮化钼异质结构用于碱性条件下电催化析氢

高效非贵金属催化剂对于推进析氢反应(HER)的大规模工业化至关重要.碳化钼(Mo₂C)因其类似铂的能带密度和优良的中间产物吸附特性,有望替代贵金属基材料成为具有前景的催化剂.然而,它在常规制备过程中存在严重的晶体过度生长和团聚问题,导致催化效率低.本研究利用三聚氰胺辅助法制备了含有丰富表面和界面的超细碳化钼/氮化钼(Mo₂C/Mo₂N)异质结构,并同时将其嵌入到氮掺杂碳纳米纤维(CNFs)中.Mo₂C/Mo₂N异质结构的协同作用与超细纳米晶表面暴露的丰富活性位点共同提高了电催化活性,而氮掺杂碳纳米纤维框架保证了快速的电荷转移和良好的结构稳定性.此外,原位形成的Mo₂C/Mo₂N晶体与碳基质之间存在较强的界面耦合作用,进一步提高了电子电导率和电催化活性.得益于这些优势,Mo₂C/Mo₂N@N-CNFs在碱性溶液中表现出优异的电催化析氢性能,在电流密度10 mV cm^-2时具有75 mV的低过电势,优于单相Mo₂C@N-CNFs对比样以及近期报道的Mo₂C/Mo₂N基催化剂.这个合成方法集成了异质结构、纳米化和碳修饰策略,为设计高效率电催化材料提供了新的参考.     

碳基材料在电催化析氢反应中的应用

氢作为一种高燃烧热值的清洁能源载体,对于解决当前日益严峻的能源短缺和环境污染问题具有重要意义。与传统的化石燃料(如天然气、煤)重整制氢相比,电催化分解水作为一种清洁可再生的制氢工艺具有重要的应用前景。但目前常用的电解水析氢反应(HER)催化剂多为贵金属基(如Pt)材料,储量稀少且成本高昂,因此开发低成本、高活性的非贵金属HER催化剂是当前该领域研究面临的重要挑战。本文综述了近年来碳基材料用于HER催化研究的相关进展。根据碳基材料在HER催化剂中扮演的功能将其分为两大类:活性相和复合相。作为活性相时,通过异质原子掺杂等方式激活其本征活性,直接应用于催化析氢反应;作为复合相时,其作用有导电基底、高分散载体、耐腐蚀防护层等,通过协同增强效应,提高复合催化剂的整体活性,目前个别非贵金属催化剂的活性几乎可以与Pt基催化剂相媲美。本文总结了这些新型碳基HER催化剂的研究进展及其性能调控策略,并对未来开发低成本、高效率的HER催化剂的探索方向进行了展望。     

二硫化钼在电催化析氢反应中的应用进展

氢气因清洁和可再生等优点，被认为是一种具有发展前景的清洁能源，在未来替代传统化石燃料的可再生能源体系中具有重要地位。电化学分解水是一种高效且环境友好的制氢途径，在电解水制氢技术的发展中，高效电催化析氢催化剂的作用显得尤为重要。二硫化钼(MoS₂)具有较低的析氢吉布斯自由能及耐酸碱腐蚀等优点，因此，MoS₂作为高效的电催化析氢催化剂一直是研究热点。阐述了MoS₂的电催化析氢机理，综述了不同形貌MoS₂在电催化析氢中的应用，通过对MoS₂电催化剂进行改性来优化其催化活性。研究表明通过改善MoS₂边缘位点的催化活性、增加活性位点的数量等方法能够极大地改善MoS₂电化学析氢过程中的催化活性。     

基于金属有机框架材料构建多相催化剂的研究进展

利用多相催化剂高效催化化学反应在能源化工、环境保护和可持续发展等方面具有重要的意义。基于金属有机框架复合材料(metal-organic frameworks, MOFs)的大比表面积、分散的活性中心和极高的孔隙率且孔结构可调等独特的结构特点,MOFs及其衍生物已被广泛应用于多相催化领域。按照MOFs催化剂活性位点的来源不同,从以下几个方面综述了近年来MOFs在多相催化领域的研究进展：MOFs本身无催化作用,仅仅作为催化剂载体起到携带催化剂和阻止催化剂团聚的作用;在MOFs上修饰官能团后,得到的衍生材料具有催化作用;MOFs自身具有不饱和的活性金属节点,促进反应进行。最后,展望了MOFs在多相催化领域的发展方向和应用前景。希望本篇综述能够帮助研究者更进一步了解MOFs及其衍生材料在构建多相催化剂方面的研究进展,为推动MOFs材料在多相催化方面的应用提供有意义的参考资料。     

基于MOFs材料的直接甲醇燃料电池电催化剂研究进展

直接甲醇燃料电池(Direct methanol fuel cells, DMFCs)因其高能量密度、成本低、结构简单、工作温度低和燃料易于储存和运输等优点备受关注。然而由于最常使用的DMFCs阳极催化剂是商业Pt/C,其高成本和低稳定性严重阻碍了其商业发展。良好的催化剂载体对提高催化剂的电催化性能具有重要意义，金属有机框架(Metal-organic frameworks, MOFs)材料作为一种兴起的材料引起了人们广泛的关注，由于其结构功能的多样性、超大的比表面积、高孔隙度以及可修饰性等特点，在直接甲醇燃料电池催化剂领域具有很好的应用前景。本文综述了MOFs材料及其衍生物在DMFCs中的最新应用进展，并对其存在的不足之处和未来发展方向进行了总结。     

Fe,N掺杂二维多孔碳双功能催化剂及锌-空气电池中的应用

在石墨烯表面负载金属有机框架材料ZIF-8,同时在金属有机框架材料表面分散Fe-2,2-Bipy螯合物,通过高温煅烧分解制备了Fe, N掺杂多孔碳催化剂材料。采用SEM, XRD, XPS对制备的催化剂材料进行了形貌、结构以及成分分析。采用旋转圆盘电极,CV曲线,LSV曲线对Fe,N掺杂多孔碳催化剂材料的氧还原(ORR)以及析氧(OER)电催化性能进行了分析。并且将Fe, N掺杂多孔碳催化剂应用于锌-空气电池。结果表明,所制备的Fe, N掺杂多孔碳催化剂材料显示出均匀的二维结构形貌, Fe元素含量为1.32%。催化剂在0.1 mol/L KOH溶液中半波电位为0.83 V,在1 mol/L KOH溶液中, 10 mA/cm~2电流密度下过电势为420 mV。将催化剂应用于锌-空气电池,锌-空气电池功率密度达到245 mV/cm~2,并且表现出优异的循环稳定性。     

原位生长在聚喹唑啉基共轭微孔聚合物表面的MoS2 及其析氢性能

合成一种三环喹唑啉的共轭微孔聚合物(TQ-CMPs)并用水热法使二硫化钼原位生长在其骨架表面,制备出一种新型复合电催化析氢催化剂并研究了它的电催化析氢活性。结果表明,TQ-CMPs与MoS₂的质量比为2∶1的催化剂具有优异的电催化析氢活性,其过电势为71 mV,Tafel斜率为52 mV·dec^-1。比表面积较大的TQ-CMPs,使MoS₂的分散度提高、避免了MoS₂的堆积和聚集并使更多的MoS₂边缘暴露,从而提高了催化剂的效率。TQ-CMPs丰富的孔道结构和延伸的π共轭骨架,有利于质量运输和电荷转移。     

钴-镍双金属磷化物中空纳米笼用于高效电解水

制备一种低成本、高效、稳定耐用的双功能电催化剂对于电催化水分解至关重要.本文采用自模板策略和原位磷化工艺相结合的方法构建了一种具有中空结构的钴镍双金属磷化物纳米笼(CoNiP_(x)).由于其独特的中空结构和钴镍双金属之间的协同效应,合成的CoNiP_(x)中空纳米笼催化剂在全pH值范围的电解质中对析氢反应均表现出优异...     

Co-Cu双金属MOF纳米片的合成及电催化析氧反应研究

析氧反应(OER)是电解水制氢的阳极反应,其反应速度仅为阴极析氢反应(HER)速度的十分之一。为了加快反应速度,通常需要使用RuO₂等贵金属催化剂,但贵金属的稀缺性及较低的催化活性限制了其发展。金属有机框架(MOFs)材料是一类非常具有发展前景的OER电催化剂,然而目前MOFs在电催化OER中的应用也面临诸多问题,例如制备过程复杂、配体价格昂贵、催化活性低等。在此,提出了一种简易的表面活性剂辅助法制备Co-Cu双金属MOF纳米片的方法,在室温下搅拌对苯二甲酸和硝酸铜、硝酸钴,十二烷基硫酸钠的混合溶液,即可得到尺寸约为100～200nm的Co-Cu MOF纳米片。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段对材料结构进行了表征。电催化OER性能测试表明,Co-Cu MOF(n_Co∶n_Cu=2∶1)在碱性条件下对OER反应具有优异的OER活性,达到电流密度10mA/cm²时的过电位(η₁₀)仅为320mV,明显优于单一的Co M...     

碳化钼基析氢反应电催化剂的制备及改性研究进展

碳化钼(Mo₂C)因其与铂(Pt)相似的d带电子结构、宽pH适用性、易于合成、低成本等优势，成为一种很有前途的电催化剂。然而，纯Mo₂C存在导电性差、界面反应动力学慢、Mo-H结合能太强等缺陷。近年来，许多研究报道了改性Mo₂C基催化剂来提升其电催化析氢性能，基于此，综述了Mo₂C常用的制备工艺以及提高Mo₂C析氢性能的各种不同改性策略，深入分析了不同改性方式对Mo₂C析氢性能提高的内在原因。最后，提出了Mo₂C基电催化剂目前面临的挑战和未来的发展方向。