混配型MOF衍生杂原子掺杂碳纳米复合物的制备及其在能源转换与存储中的研究
mofs衍生纳米多孔碳包覆铁氧化物复合材料制备方法及应用
mofs衍生纳米多孔碳包覆铁氧化物复合材料制备方法及应用1. 概述MOFs是指金属有机框架材料，是一种高度结构化的多孔材料，它由金属离子和有机配体通过配位键连接而成。
常见的MOFs材料有ZIF-8、MIL-101、UiO-66等。
MOFs材料具有高度的表面积和孔径，具有典型的多孔材料特性，可以在分子水平上精确调控孔径大小和表面性质，具有广泛的应用前景。
此外，MOFs材料还具有良好的化学稳定性和可控性，为制备多孔材料复合材料提供了很好的基础。
因此，将MOFs作为模板，制备纳米多孔碳被广泛研究，由于其结构精妙，具有多孔、高孔容、高比表面积等良好特性，能够充分发挥纳米材料的特点，因而具有广泛的应用前景。
同时，将Fe3O4与MOFs材料复合制备成纳米多孔碳包覆铁氧化物具有优秀的磁性、光学、催化等性质，在生物医学、催化、能源等领域有重要的物理和化学作用，因此也备受研究者的关注。
接下来，本文将简要介绍MOFs衍生纳米多孔碳包覆铁氧化物复合材料制备方法及应用。
2. MOFs衍生纳米多孔碳包覆铁氧化物的制备方法MOFs衍生纳米多孔碳包覆铁氧化物的制备方法主要包括以下几个步骤：2.1 MOFs材料的制备MOFs材料的制备方法主要是通过配位反应在水相或非水相溶液中生成。
常见的方法有溶剂热法、常压气相沉积法、水热法、溶剂振荡法等。
在MOFs的制备过程中，可根据实际需要进行调节，以得到不同孔径、不同性质的材料。
2.2 MOFs材料的热解MOFs材料的热解是指将MOFs材料在高温下分解为无机颗粒和有机物的过程。
热解温度与时间对复合材料孔径、比表面积和磁性等性质有很大的影响。
通常可将MOFs材料在氮气或氢气气氛下热解，使得其无机骨架得到保留，有机物质被完全转化为碳。
2.3 包覆Fe3O4在MOFs材料热解后形成的纳米多孔碳材料表面较为平整，更容易表面修饰，而铁氧化物的具有催化、磁性等优良特性，可以与纳米多孔碳材料形成复合材料。
金属-有机框架衍生的中空碳材料及其在电化学能源存储与氧还原领域中的应用
金属-有机框架衍生的中空碳材料及其在电化学能源存储与氧还原领域中的应用刘虎; 杨东辉; 王许云; 韩宝航【期刊名称】《《无机化学学报》》【年(卷),期】2019(035)011【总页数】13页(P1921-1933)【关键词】金属-有机框架; 碳材料; 空腔; 电化学【作者】刘虎; 杨东辉; 王许云; 韩宝航【作者单位】国家纳米科学中心中国科学院纳米科学卓越创新中心中国科学院纳米系统与多级次制造重点实验室北京 100190; 青岛科技大学化工学院青岛266042; 中国科学院大学北京 100049【正文语种】中文【中图分类】O612; O6460 引言经济的快速增长促使能源的使用需求不断攀升，进而加剧了化石燃料燃烧带来的各种环境及资源短缺问题，寻求可再生的新能源已成为人们面临的迫切任务[1-3]。
太阳能、风能等资源的地域性和间歇性引发了人们对环境友好的能源存储和转换器件的广泛关注，比如锂离子电池、超级电容器、电分解水制氢等技术[4-7]。
为此，众多国内外研究人员致力于探索和开发具有高容量和高效率的能源存储和转换装置，而其中最为关键的是寻求清洁、环保的高性能材料[8-9]。
多孔碳材料是一种资源丰富且成本低廉的环境友好型材料，一般具有大的比表面积、高的导电性、优异的热和化学稳定性等优点，这促使多孔碳材料在储能器件和电催化氧还原反应中均显示出潜在的应用前景[10-11]。
目前，合成多孔碳材料的常用方法是高温热解有机分子或生物质材料[12-13]。
为得到高孔隙率的碳材料，这类方法往往要经过后续的物理/化学活化处理，或在合成中使用大量的模板，使得制备过程变得复杂繁琐，而且难于控制碳材料的孔径和颗粒尺寸分布，为实现其最佳性能及探索其作用机制带来困扰[14-15]。
近来，金属-有机框架(metal-organic frameworks，MOFs)衍生的碳材料引起了科研人员的广泛重视。
MOFs是一种由含氮或氧等基团的有机配体与金属离子或金属离子簇通过配位键连接而成的具有规则孔道结构的三维网络框架材料[16]。
《2024年MOFs衍生CuO-ZnO催化剂的制备及其光催化性能的研究》范文
《MOFs衍生CuO-ZnO催化剂的制备及其光催化性能的研究》篇一MOFs衍生CuO-ZnO催化剂的制备及其光催化性能的研究一、引言光催化技术已成为当今环保科学领域内的热点，它以高效、环保、节能等优势，在废水处理、光解水制氢、CO2还原等方面具有广泛的应用前景。
在众多光催化剂中，金属有机框架（MOFs）衍生材料因其独特的结构特点和良好的光催化性能而备受关注。
本文以CuO/ZnO为研究对象，通过MOFs衍生法制备该催化剂，并对其光催化性能进行研究。
二、MOFs衍生CuO/ZnO催化剂的制备1. 材料与方法本实验采用MOFs衍生法制备CuO/ZnO催化剂。
首先，通过溶剂热法合成Cu-Zn基MOFs前驱体，然后通过高温煅烧处理得到CuO/ZnO催化剂。
在制备过程中，可通过调整煅烧温度、时间等参数，控制催化剂的组成和结构。
2. 制备过程（1）合成MOFs前驱体：将铜盐和锌盐按一定比例溶解在有机溶剂中，加入适当的配体，在溶剂热条件下反应，得到Cu-Zn 基MOFs前驱体。
（2）煅烧处理：将MOFs前驱体置于马弗炉中，在一定的温度下进行煅烧处理，使MOFs分解并生成CuO/ZnO催化剂。
三、催化剂的光催化性能研究1. 光催化实验装置与方法光催化实验在自制的封闭式光反应器中进行。
以紫外光为光源，催化剂悬浮于溶液中，进行光催化反应。
通过测定反应前后溶液中目标产物的浓度变化，评价催化剂的光催化性能。
2. 实验结果与分析（1）催化剂的表征：通过XRD、SEM、TEM等手段对制备的CuO/ZnO催化剂进行表征，分析其晶体结构、形貌和微观结构。
（2）光催化性能评价：在相同条件下，分别以纯水、不同浓度的催化剂悬浮液为研究对象，进行光催化实验。
通过测定反应前后溶液中目标产物的浓度变化，评价催化剂的光催化性能。
结果表明，CuO/ZnO催化剂具有优异的光催化性能，能够有效地降解有机污染物、光解水制氢等。
四、结论本文采用MOFs衍生法制备了CuO/ZnO催化剂，并通过一系列表征手段对其结构进行了分析。
《MOF衍生的金属-碳基磁电复合材料的形貌控制及其电磁波吸收性能》
《MOF衍生的金属-碳基磁电复合材料的形貌控制及其电磁波吸收性能》篇一MOF衍生的金属-碳基磁电复合材料的形貌控制及其电磁波吸收性能一、引言随着现代电子设备的普及和高速发展，电磁波污染问题日益严重，电磁波吸收材料的研究显得尤为重要。
金属/碳基磁电复合材料因其优异的电磁波吸收性能、轻质、薄型等优点，在电磁波防护和电磁干扰抑制等领域具有广泛的应用前景。
近年来，MOF （金属有机骨架）衍生的金属/碳基磁电复合材料因其独特的结构和优异的性能，成为了研究热点。
本文将重点探讨MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料的形貌控制及其电磁波吸收性能。
二、MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料的制备MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料主要通过以下步骤制备：首先，制备MOF前驱体；然后，通过热解、还原或其他方法将MOF转化为金属/碳基复合材料；最后，通过调整制备参数，实现形貌的控制。
三、形貌控制形貌控制是提高MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料性能的关键。
通过调整制备过程中的温度、时间、前驱体浓度等参数，可以实现对复合材料形貌的控制。
形貌的控制可以影响材料的比表面积、孔隙结构、晶体结构等，进而影响其电磁波吸收性能。
四、电磁波吸收性能MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料具有优异的电磁波吸收性能。
其吸收机理主要涉及材料的介电损耗和磁损耗。
材料的介电常数和磁导率是影响其电磁波吸收性能的关键参数。
通过调整材料的组成、形貌和结构，可以优化其介电常数和磁导率，从而提高其电磁波吸收性能。
五、实验结果与讨论通过实验，我们成功制备了不同形貌的MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料，并对其电磁波吸收性能进行了测试。
实验结果表明，通过形貌控制，可以显著提高材料的电磁波吸收性能。
此外，我们还发现，材料的介电常数和磁导率与其形貌、组成和结构密切相关。
通过优化这些参数，我们可以进一步提高材料的电磁波吸收性能。
六、结论本文研究了MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料的形貌控制及其电磁波吸收性能。
超级电容器用MOFs衍生纳米电极材料的研究进展
第52卷第11期2023年11月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS Vol.52㊀No.11November,2023超级电容器用MOFs 衍生纳米电极材料的研究进展郭容男1,李太文1,王㊀栋1,王天汉1,裴㊀琪1,王媛媛2(1.河南农业大学机电工程学院,郑州㊀450002;2.河南农业大学园艺学院,郑州㊀450002)摘要:超级电容器因具有功率密度高㊁充放电速度快和循环寿命长等优点而备受关注,但是较低的能量密度限制了其广泛应用㊂开发新型高效电极材料对改善超级电容器电化学性能至关重要㊂金属有机框架材料(MOFs)具有比表面积大㊁结构孔径可控和活性位点丰富等特点,故在能量转化和储存领域受到了广泛关注㊂但是由于MOFs 的结构稳定性和导电性较差,其作为超级电容器的电极材料时,无法获得满意的电化学性能㊂以MOFs 为前驱体制得的MOFs 衍生物的稳定性和导电性优于原生MOFs,显著提高了超级电容器的电化学性能㊂本文综述了超级电容器用纳米MOFs 衍生碳化物㊁氧化物㊁氢氧化物㊁磷化物㊁硫化物电极材料的研究现状,总结了MOFs 衍生超级电容器电极材料的合成策略,为超级电容器用MOFs 衍生纳米材料的研究提供指导意义㊂关键词:超级电容器;电极材料;MOF;衍生材料;碳材料;策略选择;结构调制中图分类号:TM53;TB332㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1000-985X (2023)11-1922-09Research Progress of MOFs-Derived Nano-Electrode Materials for SupercapacitorsGUO Rongnan 1,LI Taiwen 1,WANG Dong 1,WANG Tianhan 1,PEI Qi 1,WANG Yuanyuan 2(1.School of Mechanical and Electrical Engineering,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China;2.College of Horticulture,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China)Abstract :Supercapacitors have attracted much attention because of their high power density,fast charging /discharging speed,and long cycle life.However,the low energy density restricted their wide application.Developing novel and efficient electrode materials is imperative to improve the electrochemical performance of supercapacitors.Metal-organic frameworks (MOFs)have attracted extensive attention in the field of energy conversion and storage,owing to their large specific surface area,controllable pore size,rich active sites and easy synthesis.Nevertheless,due to the inferior structural stability and low conductivity of MOFs,the electrochemical performance of supercapacitors with MOFs electrode materials is unsatisfactory.MOFs derivatives,prepared from the MOFs precursor,possess excellent structural stability and conductivity,thus prominently improve the electrochemical performance of supercapacitors.This work mainly focuses on the MOFs-derived electrode materials for supercapacitors,including MOFs-derived carbides,oxides,hydroxides,phosphides and sulfides.The synthesis strategies of electrode materials for supercapacitors are discussed,providing guidance for the research of nano-MOFs-derived materials for supercapacitors.Key words :supercapacitor;electrode material;MOF;derivative material;carbon material;strategy selection;structural modulation㊀㊀㊀收稿日期:2023-04-28㊀㊀基金项目:河南省高等学校重点科研项目计划(23A430016);河南省自然科学基金(232300421332);中国科学院战略性先导科技专项(B 类,XDB44000000-6)㊀㊀作者简介:郭容男(1987 ),女,陕西省人,博士,讲师㊂E-mail:guorn@0㊀引㊀㊀言超级电容器因具有功率密度高㊁充放电速度快和循环寿命长等优点而备受关注㊂超级电容器根据储能原理分为电化学双层电容器(electrical double-layer capacitor,EDLC)㊁法拉第赝电容器和混合型超级电容器㊀第11期郭容男等:超级电容器用MOFs衍生纳米电极材料的研究进展1923㊀三类,其充放电机理如图1所示㊂其中,EDLC充电时,通过极化电极吸引电解质中的阴阳离子在电极/电解质界面聚集并形成电势差,使其达到储能要求;法拉第赝电容器则是通过电极在外加电场中极化后,电解质中的阴阳离子被吸引到电极附近,在电极表面发生界面反应,在电极内部和电解质中发生体相反应,界面反应和体相反应使大量的电荷储存在电极上,从而实现储能目的;混合型超级电容器的负极通常以EDLC储能原理储能,正极为法拉第赝电容器,通过氧化还原反应进行储能,从而获得更宽的电势窗口,电化学性能得到提升㊂优异的电极材料可使超级电容器具有出色的功率密度㊁循环性能和能量密度㊂电极材料的优劣主要通过其比表面积㊁孔结构㊁活性位点和导电性进行评判[1]㊂金属有机骨架(metal-organic framworks,MOFs)是一种是由金属离子或金属簇和有机配体通过二价或多价配位键构建的三维结构,由于其具有比表面积高(1000~10000m2/g)和孔分布均匀(5~10nm)等优点[2],被广泛应用于吸附[3]㊁催化[4]与传感[5]等领域㊂但是较差的导电性和结构稳定性,限制了其在超级电容器中的应用㊂为此,研究人员以MOFs作为牺牲模板制得MOFs衍生物,MOFs衍生物作为超级电容器的电极材料时,比原生MOFs具有更优异的电化学性能,这主要得益于MOFs衍生物保留了原生MOFs丰富的孔结构和大的比表面积,同时拥有更稳定的结构和更快的载流子传输速度㊂相比普通的MOFs衍生物,纳米MOFs衍生物具有更为特殊的结构和各组分间的协同作用,其构建的超级电容器可以实现快速㊁稳定和高效的电荷储存[6]㊂本文总结了近年来MOFs衍生的纳米材料在超级电容器电极中的应用,详细阐述了策略选择和结构调制对其孔结构㊁载流子传输动力学㊁电化学性能㊁结构稳定性及机械性能的影响,为超级电容器用MOFs衍生纳米材料的研究提供指导㊂图1㊀超级电容器的分类及其充放电机理示意图[7]Fig.1㊀Classification of supercapacitors and their schematic illustration of charge-discharge mechanism[7]1㊀MOFs衍生纳米碳材料纳米多孔碳材料因其高比表面积㊁良好的导电性被广泛应用到EDLC[7]中(见图1)㊂以MOFs作为牺牲模板制备的纳米多孔碳(nano porous carbons,NPCs)保留了原生MOFs的多孔结构,故NPCs具有有序多孔网络结构,广泛作为超级电容器电极[8]㊂NPCs通常通过高温热解直接碳化获得㊂Zhuang等[9]在氩气气氛下高温碳化MIL-100(Fe)纳米颗粒,获得了具有高度石墨化的中空碳多面体(HCPs)㊂HCPs继承了原生铁基MOF的分级孔隙结构,故离子迁移速率快㊂当电流密度为50A/g时,HCPs超级电容器经过5000次充放电循环后,电容仍保持在较高水平㊂虽然NPCs可以继承原生MOFs的孔结构,但是碳化过程可能导致金属纳米颗粒在微孔为主的多孔结构中扩散和不可逆聚集,影响载流子在电极内部的吸附㊁反应㊁缓冲及通过[10]㊂Shang等[11]通过介孔二氧化硅保护煅烧,获得分散良好的ZIF衍生Co和N掺杂碳纳米框架Co,N-CNF㊂如图2(a)所示,以正硅酸四乙酯和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为孔导向剂,将mSiO2壳均匀涂覆在ZIF表面,进行高温热解,最后通过蚀刻去除mSiO2壳㊂mSiO2壳能有效防止Co,N-CNF纳米颗粒聚集和融合,故所得Co,N-CNF纳米结构具有清晰的分级孔结构㊁高比表面积(1170m2/g)和高累积孔体积(1.52m3/g)㊂结构调制赋予Co,N-CNF优越的孔结构和比表面积,保障了载流子在电极内部的活动和快速迁移,使超级电容器表现出优异的电化学1924㊀综合评述人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷性能㊂MOFs碳化时的反应温度也至关重要㊂Yao等[12]将Zn基MOF在不同碳化温度(即850㊁950和1050ħ)下进行处理,得到MOF衍生的纳米多孔碳(MOF-NPC,分别表示为MNC850㊁MNC950和MNP1050)㊂研究表明,高温有利于增加纳米多孔碳的石墨化程度和导电性,但过高的温度会导致结构破坏,影响其稳定性和电化学性能(见图2(b)~(d))㊂NPCs材料通常亲水性较差,而N元素的引入有效改善了其在水性电解质中的润湿性㊂同时,N掺杂的NPCs具有更优秀的电催化活性㊂Zhu等[13]以ZIF-67为前驱体,在800ħ下碳化2h获得具有丰富孔结构的Co修饰氮掺杂多孔碳(Co-NPC),再进行磷化得到CoP修饰氮掺杂多孔碳(CoP-NPC)㊂最后将CoP-NPC锚定在还原氧化石墨烯片上获得超级电容器用复合材料(CoP-NPC/RGO)㊂由于CoP-NPC/RGO的3D互连多孔结构,CoP与氮掺杂碳基体之间的协同效应,故制备的超级电容器在1和20A/g的电流密度下,比电容高达466.6和252.0F/g㊂Fang等[14]以尿素为外加氮源,在氮气气氛下热解Zn-bioMOFs,获得了具有手风琴状分层结构的N掺杂类石墨烯碳纳米片(H-NCNs)㊂通过改变尿素用量,调节H-NCNs的氮掺杂程度和孔隙率,提升H-NCNs组装成超级电容器的比电容㊁倍率性能和能量密度㊂图2㊀mSiO2保护煅烧法合成Co,N-CNF过程[11](a)及Zn基MOF不同碳化温度产物MNC850(b)㊁MNC950(c)和MNC1050(d)的SEM照片[12]Fig.2㊀Synthetic procedure of the Co,N-CNF by the mSiO2protected calcination strategy[11]㊀(a)and SEM images ofMNC850(b),MNC950(c)and MNC1050(d)[12]聚合物和表面活性剂等也可调控MOFs衍生NPCs的结构㊂聚合物可作为MOFs衍生纳米多孔碳的结构导向剂和碳源㊂Wang等[15]以聚多巴胺(PDA)为ZIF-8NP的涂层材料,制备中空结构的氮掺杂碳(NC)㊂热解过程中,PDA层为ZIF-8 向外 拉动提供了驱动力,同时ZIF-8体积减小,形成中空结构㊂阴离子表面活性剂(如十二烷基硫酸钠)㊁阳离子表面活性剂(如CTAB)和非离子表面活性剂等也被广泛用于控制MOFs 衍生物的形态和大小[16]㊂SiO2㊁聚合物或表面活性剂在MOFs表面形成壳,诱导MOFs生长为中孔㊁中空㊁蛋黄壳㊁多维中空或多孔结构的MOF衍生纳米多孔碳㊂尽管聚合物和表面活性剂优化了NPCs的结构,提高了NPCs的电化学性能,但这些策略也存在一些问题,例如SiO2辅助策略需要清除模板,步骤繁多㊁条件苛刻;聚合物辅助仅限于一些特定环境中;表面活性剂易引入杂原子等㊂故研究人员通过声化学[17]㊁盐模板[18]和有机化学蚀刻[19]等方法调制MOFs衍生的纳米多孔碳的结构,但是这些策略目前只用于特殊种类的MOFs㊂此外,研究人员还提出了利用零维材料和MOFs复合制备衍生纳米多孔碳,以期进一步提高超级电容器的电化学性能㊂Tang等[20]使用内部支持策略将零维石墨烯量子点(GQD)作为MOFs刚性支架,获得了高效的MOFs衍生纳米碳材料(GMPC)㊂高度结晶的GQD降低了衍生NPCs的缺陷密度,并构建了内部导电网络㊂当GQD和对苯二甲酸的质量比为0.35时,GMPC获得了优异的比表面积和导电率㊂这种多维耦合内㊀第11期郭容男等:超级电容器用MOFs衍生纳米电极材料的研究进展1925㊀部支持策略显著提高了超级电容器的电化学性能㊂表1总结了其他高效MOFs衍生纳米碳材料及其复合材料的结构调制策略,以及调制后的表面形貌和电化学性能,为后续通过结构调制提升电极电化学性能和开发新策略提供帮助㊂表1㊀超级电容器电极材料用部分高效MOFs衍生纳米碳材料Table1㊀Some highly efficient MOF-derived nano-carbon materials for supercapacitor electrodes电极材料形貌制备策略或方法比表面积/(m2㊃g-1)电解液电流密度/(A㊃g-1)比电容/(F㊃g-1) HC-40-4[21]分级纳米结构碳化2837EMIMBF40.5206 Mn@ZnO/CNF[22]多孔十二面体碳化 6mol/L KOH1501Ni/Co-MOF-NPC-2ʒ1[23]空心微球纳米棒碳化1135ʃ272mol/L KOH11214N-NPC-850[24]互联微孔碳化12446mol/L KOH1479UT-CNS[25]超薄纳米片自底向上合成1535.246mol/L KOH0.5347 MOF525-NC1.35[26]立方体碳化和酸化7861mol/L H2SO42425HZC-2M-2h[27]中空十二面体葡萄糖辅助水热7456mol/L KOH0.5220NiO x@NPC[28]立方结构溶剂热15236mol/L KOH1534NGCA[29]蜂窝状干法冷冻和连续高温10856mol/L KOH1244DUT-5-CN[30]二维纳米结构煅烧415.26mol/L KOH0.5100 Zn/Co-MOF-NPC[31]分级多孔结构煅烧和酸洗11376mol/L KOH0.5270Ni-Fe-O/NPC@PCNFs-400[32]四面体纳米棒自模板MOF合成52.953mol/L KOH11419 ZIF-8-NC/rGO[33]碳纳米纸煅烧和酸浸489.36mol/L KOH1280C-S-900[34]三维分层海绵一步热解法1356.36mol/L KOH20226HZ-NPC[35]多面体结构高温碳化约2026mol/L KOH2545 CTAs@NCBs-700(T)[36]纳米棒阵列乙醇原位催化蒸发9051mol/L H2SO41mA/cm2244㊀㊀注:参考文献22㊁24㊁33㊁34的材料采用双电极体系进行电化学性能测试,其余材料测试均采用三电极体系㊂2㊀其他MOFs衍生的纳米材料基于金属氧化物㊁氢氧化物㊁硫化物及磷化物构建的赝电容超级电容器(见图1(b))在充放电过程中主要通过氧化还原反应进行能量储存,故这些材料比NPCs构筑的超级电容器具有更高的能量密度㊂因此研究人员以MOFs为牺牲模板,合成了MOFs衍生的氧化物㊁氢氧化物㊁硫化物和磷化物㊂这些MOFs衍生的纳米材料继承了原生MOFs的有序孔道结构,作为超级电容器的电极材料时,具有更优异的电化学性能㊂其与NPCs组成的非对称超级电容器以及使用单一材料的对称超级电容器相比,拥有更宽的工作电压窗口㊁更高的能量密度以及更优越的循环稳定性[37]㊂Li等[38]向ZIF-67中添加适当比例的钴和镍离子,制备了衍生自双金属咪唑骨架的化合物空心NiCo2O4和片状Co3O4/NiCo2O4,得益于其独特的片状结构以及镍钴两种金属元素的协同作用,Co3O4/NiCo2O4电极在0.5A/g的电流密度下显示出846F/g的高比电容㊂具有丰富活性位点和独特结构的层状双氢氧化物(layered double hydroxides,LDHs)展现出超高理论电容,故LDHs成为混合超级电容器(hybrid supercapacitor,HSC)的理想电极材料之一㊂然而,当一些环境条件发生变化时,离子之间的相互作用增强,导致LDHs团聚,影响了载流子的储存㊁交换和释放[39],影响了LDHs超级电容器的电化学性能㊂为了缓解LDHs的团聚,研究人员利用MOFs和LDHs制得了MOFs衍生的纳米层状氢氧化物(MOFs-LDHs)㊂Zhang等[40]在MOF的分级结构中原位蚀刻/电沉积,构建了界面扩散电极HKUST-1@CoNiLDH(见图3(a))㊂在1A/g的电流密度下,其比电容为297.23mA㊃h/g㊂HKUST-1@CoNiLDH 与活性炭阳极制成的HSC具有相当可观的能量密度和功率密度(39.8W㊃h/kg和799.9W/kg)㊂Hu等[41]使用电化学阴离子交换方法控制MOFs的水解,合成了多孔Ni/Co氢氧化物纳米片㊂电化学阴离子交换后, MOFs纳米片的有机配体可以循环再利用㊂当NiʒCo的摩尔比为7ʒ3时,多孔Ni/Co氢氧化物电极的能量密度和功率密度高达74.7W㊃h/kg和5990.6W/kg,经过8000次充放电循环后仍具有较高电容保持率㊂在电化学阴离子交换方法控制MOFs水解策略中,可循环利用的有机配体降低了电极的制备成本,这种结构调制方法为后续制备成本更低和更环保的电极材料提供了参考㊂除了MOFs衍生的氧化物和LDHs被广泛作为超级电容器电极,MOFs衍生的硫化物也受到了较多的关注㊂MOFs衍生的硫化物比MOFs衍生的氧化物和LDHs的结构更灵活,与过渡金属之间的配位能力更好㊂1926㊀综合评述人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷Acharya等[42]采用MOFs介导硫化合成了瘤状Ni-Co-S纳米材料,并将中空和多孔NiMoO4纳米管集成到rGO 涂覆的泡沫镍上,制备了NiMoO4@Ni-Co-S超级电容器电极材料㊂经过硫化和刻蚀后,NiMoO4@Ni-Co-S电极独特的开放框架和管状结构极大缩短了载流子迁移路径,促进了复合电极的法拉第反应速率㊂在2mol/L 的KOH电解质中,1A/g的电流密度下,获得了318mA㊃h/g的高比容量;经过10000次充放电循环后,初始电容保持率仍高达88.87%,展现了其优异的循环性能㊂磷化物自然丰度高㊁环境友好㊁价格低廉㊂MOFs衍生的金属磷化物纳米材料用作超级电容器电极时,由于多组分的协同作用,增强了电极材料的电导率㊁氧化还原反应动力学和循环性能[43]㊂He等[44]通过水热法实现了层状砖堆叠NiCo-MOF组件的局部磷化,制备了由镍/钴MOF(NiCo-MOF)和磷化物(NiCoP)组成的功能异质结构(NiCoP-MOF)㊂NiCoP-MOF中P-O可以有效防止NiCoP晶体在离子储存和交换时被破坏,赋予了NiCoP-MOF极佳的结构稳定性㊂以其制备的超级电容器的比电容㊁能量密度和功率密度远优于NiCo-MOF㊂Chhetri等[45]通过核-壳静电纺丝技术制备了中空碳纳米纤维(HCNF),然后进行连续稳定和碳化㊂在HCNF内外合成了双金属MOF(Ni和Fe基),并通过磷化转化为双金属磷化物(Ni-Fe-P)㊂HCNF独特的高孔隙率和中空通道,极大提升了电解质离子/电子的传输速率㊂故(Ni-Fe)-P-C@HCNFs电极展现出优异的电化学性能㊂图3㊀HKUST-1@CoNiLDH[40](a)和MOF/MXene/NF[46](b)基电极的合成示意图Fig.3㊀Schematic illustration of synthesis process of HKUST-1@CoNiLDH(a)[40]and MOF/MXene/NF(b)based electrodes[46]尽管MOFs衍生的金属氧化物㊁氢氧化物㊁硫化物和磷化物等纳米材料展现出了优异的电化学性能,但是这些衍生物仍存在金属离子与有机配体之间的弱配位键和不稳定性㊁活性位点利用率低以及晶格失配等诸多问题,导致在储能领域的应用受到了诸多限制㊂针对这些问题,研究人员使用不同的合成策略和结构调制方法开发了MOFs衍生的多元材料和复合材料㊂通过不同元素之间的协同作用和更高效的纳米结构来改善电极材料的电化学性能[47]㊂Li等[48]使用电沉积和CVD制备了阵列结构材料㊂在MOF-CVD过程中,树状阵列之间的自由空间有效缓解了体积膨胀,保证了阵列结构的结构完整性和稳定性㊂在20A/g的高电流密度下,比电容高达368F/g;在经过10000次循环后,电容保持率高达95.9%㊂此外,可利用界面工程构建异质纳米结构,调整混合MOFs衍生纳米材料和其他材料形态,提高超级电容器的电化学性能[49]㊂Yang等[46]通过温度控制退火工艺在泡沫镍(NF)(即MOF/MXene/NF)上制备Ni-MOF/V2CTx-MXene-300复合材料㊂随后在不改变晶体结构的情况下,构建了分级多孔纳米棒复合材料㊀第11期郭容男等:超级电容器用MOFs衍生纳米电极材料的研究进展1927㊀的异质结构(见图3(b))㊂其构建的异质结结构与活性炭/NF作为阳极组成的超级电容器的能量密度和功率密度分别为46.3W㊃h/kg和746.8W/kg,循环15000次后,初始容量保持率高达118.1%,这得益于Ni O V键的界面相互作用可以有效地调节组件的电子结构,增强电子传导性和反应性㊂MOFs衍生超级电容器电极材料的合成策略主要包括模板碳化策略㊁表面修饰策略㊁衍生金属化合物策略等㊂在模板碳化策略中,将MOFs直接高温热解或水热处理生成碳骨架,这种方法可以获得具有高比表面积的和多孔结构的碳材料[50]㊂在表面修饰策略中,通过一些化学修饰将纳米颗粒引入到MOFs的表面或内部,改善MOFs的电化学性能和储能性能[51-52]㊂在衍生金属化合物策略中,将MOFs衍生成金属氧化物㊁双层氢氧化物㊁金属磷化物以及金属硫化物,这些金属化合物具有优异的电化学活性,是超级电容器电极极具潜力的材料[53-54]㊂值得注意的是,具体的合成策略可能会根据具体的MOFs材料和应用需求而有所差异,在设计和合成过程中,需要综合考虑材料的电化学性能㊁稳定性和成本等因素㊂结构调制在MOFs衍生超级电容器电极材料的合成过程中也十分重要,其中经结构调制后的MOFs衍生的多元材料和复合材料所展现的电化学性能尤为突出㊂Pathak等[55]通过同轴静电纺丝合成了具有足够柔韧性㊁导电性和高度功能化的含有中空碳纳米纤维(MXHCNF)的MXenes,并在MXHCNF内外装饰聚吡咯层得到PPy@MXHCNF㊂PPy@MXHCNF作为独立电极的高效基底,均匀生长了ZnCoMOF㊂该材料作为超级电容器电极(ZCO@PPy@MXHCNF)时,在1A/g的电流密度下具有1567.5F/g的超高比电容㊂ZCO@PPy@MXHCNF 电极的高比电容主要源于其独特的三层结构形态学㊁自行设计的高效基底以及双金属MOFs提供的协同作用㊂当前不同种类材料的耦合受到了研究人员的广泛关注,在超级电容器的电极设计方面,电极材料之间的协同作用可提升离子载流子传输动力学㊁结构稳定性以及电容性能等[56-57]㊂Jayakumar等[58]将MOF衍生的双金属氧化物与石墨烯3D水凝胶耦合,通过连续且多孔的石墨烯导电网络实现了2870.8F/g的高比电容㊂Shao等[59]在UiO-66的孔中生长聚苯胺分子链(PANI/UiO-66),形成固定的互穿网络结构㊂PANI/UiO-66通过多种协同作用增强了其电导率和电化学性能,以其为电极材料制备的柔性超级电容器在800个180ʎ的弯曲周期后,其性能仅下降10%,这种柔性超级电容器在储能装置中显示出了巨大的潜力㊂3㊀结语与展望本文综述了目前MOFs衍生碳材料㊁氧化物㊁氢氧化物㊁硫化物以及磷化物作为高效超级电容器电极材料的研究进展,概括和总结了目前超级电容器电极用MOFs衍生材料的合成策略和结构调制方法㊂在孔结构的设计中,微孔用于EDLC载流子的吸附和赝电容的体相反应,介孔用于载流子的交换,大孔主要用于载流子的储存扩散㊂通过结构调制调整MOFs衍生材料的结构尺寸㊁孔隙率和载流子通道对提高超级电容器的电化学性能至关重要㊂尽管目前MOFs衍生物具有高比电容㊁高功率密度㊁快充放电及长循环寿命等优异的超级电容行为,但后续电极材料的开发仍存在合成策略选择的多样性㊁结构调制不确定性和不稳定性㊁合成过程消耗能量大,以及环境问题等,限制了其在超级电容器中的商业化应用㊂为了进一步提高超级电容器用MOFs衍生材料的电化学性能,促进超级电容器的商业化,需从以下几个方面进行进一步的探究㊂对于MOFs衍生碳材料,可将其与杂原子进行掺杂,在原子水平上调节材料的原子/分子结构,通过改变材料的电子结构来提高超级电容器的性能㊂此外,进一步深入研究MOFs衍生碳材料的储能机理㊂通过先进的表征方法获得其在循环过程中的形貌㊁价态㊁结构和组分变化,建立研究模型,通过计算机模拟手段对其建立材料模型以及材料数据库,并结合机器学习和大数据模型对材料进行更直观的表达和预测㊂对于MOFs衍生氧化物㊁氢氧化物㊁硫化物以及磷化物纳米材料,首先可通过不同过渡金属离子与配体结合,构建新型拓扑结构的原生MOFs,再通过硫化或磷化调节组分活性,提升MOFs衍生纳米电极材料电容特性和结构稳定性㊂其次,尝试MOFs衍生的多元材料与不同维度㊁不同种类以及不同特性的材料耦合,提升电化学性能和机械性能㊂最后MOFs衍生的多元材料在复合时存在缺陷和引入杂原子等问题,故需系统研究异质原子掺杂量和位错缺陷浓度之间的关系,并深入探究位错缺陷浓度对电极材料的导电性㊁电化学活性以及结构稳定性的影响㊂此外,MOFs衍生氧化物㊁氢氧化物㊁硫化物㊁磷化物和其复合所得的材料在不同电解质中电容表现不同,故需通过合理匹配电极和电解质,降低电极在循环过程中的衰变㊂1928㊀综合评述人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷参考文献[1]㊀XU 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MOF衍生的多壁碳纳米管复合的纳米多孔碳材料的合成及其电化学性能
第 48 卷 第 4 期2019 年 4 月Vol.48 No.4Apr. 2019化工技术与开发Technology & Development of Chemical IndustryMOF 衍生的多壁碳纳米管复合的纳米多孔碳材料的合成及其电化学性能徐乐琼（温州大学化学与材料工程学院，浙江 温州 325000）摘 要：本文以硝酸锌和硝酸镍为金属盐，2-甲基咪唑为配体，采用水热法制备得到ZIF-8/Ni，再在CVD管式炉中催化多壁碳纳米管生长，最终得到ZIF-8/Ni-CNT复合材料。
采用扫描电镜（SEM）和X射线衍射分析仪（XRD）对材料的表面形貌和结构进行了表征，采用电化学工作站对材料的电化学性能进行了测试。
关键词：金属有机框架；多壁碳纳米管；纳米多孔碳材料；析氢反应中图分类号：TB 383 文献标识码：A 文章编号：1671-9905(2019)04-0012-04收稿日期：2019-01-04氢气是一种清洁和可再生的能源，作为传统化石燃料的极具吸引力的替代品，科学家们对其进行了深入研究。
电化学析氢反应（HER）是一种有效产生氢气的方法[1-2]，其中催化剂起了主导性的作用。
贵重的Pt 基纳米材料被认为是最有效的析氢反应电催化剂[3-4]，具有低过电位、小Tafel 斜率等优点，但它们的稀缺性和高成本严重阻碍了大规模工业化生产。
正是这些局限性，才使得其他具有高催化活性的廉价的HER 电催化剂得到了深入的研究和开发[5-6]。
多孔碳材料是制备功能材料的理想载体，具备非常多的优秀特性，如大的比表面积、均一的孔道结构、刚性的框架、优良的化学性质及良好的热稳定性等，因此在吸附、催化及电化学等领域具有广泛的应用[7]。
近年来，伴随金属有机框架材料的研究热潮，多孔碳材料应用于电化学催化的报道也越来越多。
Zhao 等[8]以ZIF-67为前驱体，合成了一种由ZIF67@ZIF8衍生的纳米钴包覆在核壳层的多孔碳材料，可作为一种高效的析氧电催化剂。
mof衍生碳纳米材料
mof衍生碳纳米材料
MOF (金属有机骨架材料) 是一类以金属离子或金属簇为节点、有机配体为连接体的晶体材料。
它具有特殊的多孔结构、可调控的孔径和表面功能性，因此被广泛研究和应用于气体吸附与储存、气体分离与传感、催化等领域。
MOF材料具有高度的化学可调控性和结构多样性，可以通过
合成来调节孔径大小和表面性质，进而合成出不同应用需求的碳纳米材料。
例如，通过选择特定的配体和金属离子，研究人员可以合成出具有高度多孔结构的MOF材料，进一步将其进
行碳化处理，得到具有纳米结构和大表面积的碳材料。
这些碳纳米材料可以被用作催化剂支撑材料、储能材料、吸附剂等。
此外，通过将MOF材料与其他碳材料如石墨烯、碳纳米管等
进行复合，还可以得到具有优异性能的复合碳纳米材料。
这些复合材料可以具有高导电性、高孔容、高力学性能等特点，在电化学能源存储、催化反应等方面具有潜在应用前景。
总结来说，MOF衍生碳纳米材料是通过合成、碳化或与其他
碳材料复合等手段，利用MOF材料所特有的可调控多孔结构
和多样性化学性质形成的一类碳纳米材料，具有广泛的应用潜力。
杂原子掺杂mof方法
杂原子掺杂mof方法标题：杂原子掺杂MOF材料的制备与应用研究一、引言金属有机框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是一种新型的多孔材料，由金属离子或团簇与有机配体通过配位键连接而成。
近年来，由于其独特的结构可调性、高比表面积和优良的化学稳定性，MOFs在气体吸附、分离、催化、能源存储等领域展现出巨大的应用潜力。
然而，为了进一步提升MOFs的性能，科研人员开始探索一种新的策略——杂原子掺杂。
二、杂原子掺杂的概念与优势杂原子掺杂是指在MOFs的骨架中引入非金属或金属元素，如N、P、S、B、Ag、Au等，以改变其电子结构、化学性质和物理性能。
这种方法可以有效地优化MOFs的孔隙结构、增强其稳定性、改善电荷传输性能，甚至赋予其新的功能，如光催化、电催化等。
三、杂原子掺杂MOF的制备方法1. 前驱体法：在合成MOFs的前驱体溶液中添加含有杂原子的有机分子或无机盐，然后进行晶体生长。
2. 后处理法：先合成纯MOFs，然后通过离子交换、热解、辐射等手段将杂原子引入到MOFs的骨架中。
3. 一步合成法：在MOFs的形成过程中，直接使用含有杂原子的有机配体或金属源进行合成。
四、杂原子掺杂MOF的应用杂原子掺杂的MOFs在多个领域展现出优异的性能。
例如，在气体吸附与分离中，杂原子可以改变孔道的极性和电子状态，提高对特定气体的亲和力；在催化领域，杂原子可以作为活性中心，提高催化效率；在能源存储中，杂原子可以提高电极材料的电导率和比容量。
五、未来展望尽管杂原子掺杂MOF的研究取得了一些重要进展，但还有很多挑战需要克服，如如何精确控制杂原子的位置和含量，如何实现大规模制备等。
未来，随着对杂原子掺杂机制的深入理解和技术的不断进步，杂原子掺杂MOF有望在更多领域展现出更广泛的应用前景。
总结，杂原子掺杂MOF作为一种创新策略，为优化MOF材料的性能提供了新的可能，为相关领域的研究开辟了新的道路。
生物质及MOF衍生的多孔碳材料的制备及其光热转换性能研究
生物质及MOF衍生的多孔碳材料的制备及其光热转换性能研究生物质及MOF衍生的多孔碳材料的制备及其光热转换性能研究近年来，能源危机和环境污染问题日益严重，推动了绿色、可再生能源的发展和利用。
生物质作为一种重要的可再生资源，具有丰富的能量含量和广泛的来源，被广泛应用于生活和工业领域。
同时，金属有机框架（MOF）作为一类新型的多孔材料，其特殊的结构和多孔性质使其在吸附、储氢和催化领域展现出了巨大的潜力。
在这篇文章中，我们将探讨生物质及MOF衍生的多孔碳材料的制备方法以及其在光热转换方面的性能研究。
首先，我们介绍了生物质的制备方法。
生物质可以从各种植物和废弃物中获取，如木材、秸秆、废弃纸张等。
常见的制备方法包括热解、水解和气化等。
其中，热解是一种常用的方法，通过高温下将生物质分解为碳基材料。
这种方法具有操作简单、制备成本低等优点，广泛应用于生物质转化领域。
接下来，我们介绍了MOF的特性和制备方法。
MOF是一类由金属离子或金属团簇和有机配体通过化学键连接而成的材料。
这种材料具有高比表面积、可调控孔径和较好的化学稳定性等特点。
MOF的制备方法主要包括溶剂热反应、溶剂挥发法和水热合成等。
其中，溶剂热反应是一种较为常用的方法，通过在高温和高压条件下将金属离子和有机配体混合反应，形成具有特定结构的MOF材料。
然后，我们介绍了生物质和MOF的衍生方法。
通过选择适当的条件和处理方法，可以将生物质和MOF转化为多孔碳材料，从而提高其吸附和催化性能。
常见的衍生方法包括高温焦炭化、化学活化和热处理等。
这些方法可以调控材料的表面化学性质和孔径结构，提高其应用性能。
最后，我们研究了生物质及MOF衍生的多孔碳材料在光热转换方面的性能。
多孔碳材料具有高比表面积和优异的导热性能，可以用于太阳能吸收和储能。
通过对材料表面的修饰和孔隙结构的调控，可以实现对光热转换过程的优化，提高能量转化效率。
总之，生物质及MOF衍生的多孔碳材料具有广泛的应用前景。
二维MOF衍生电催化剂的制备及全解水催化性能研究
二维MOF衍生电催化剂的制备及全解水催化性能研究二维MOF衍生电催化剂的制备及全解水催化性能研究电催化水解成为一项非常重要的技术，可以利用可再生能源来制备氢气，作为清洁的能源供给。
金属有机框架（Metal-Organic Frameworks，MOFs）作为一类有着丰富的结构和化学组成的材料，被广泛用于电催化领域。
然而，传统的MOFs在水介质中的电催化活性和稳定性往往无法满足实际应用的需求。
因此，研究人员不断探索新的方法和技术，以提高MOF在电催化水解中的性能。
在近年来的研究中，二维MOFs成为了研究的热点之一。
与传统的三维MOFs相比，二维MOFs具有更加开放的结构和更高的表面积，这使得它们在电催化反应中表现出更好的催化性能。
此外，二维MOFs可以通过控制氧化还原反应和酸碱性质来改变催化活性，从而实现对电催化反应的高效控制。
制备二维MOF衍生电催化剂首先需要制备出具有二维结构的MOF。
目前常用的方法是通过溶剂热法或溶剂热转化法来合成二维MOFs。
溶剂热法是通过在高温高压下使MOF的前体发生水合反应形成石墨炔（graphyne）型结构的MOFs。
溶剂热转化法则是通过在高温高压下对MOF进行溶剂热转化，生成二维多孔碳材料。
这些二维MOFs可以通过化学还原、氧化还原反应或碳化等方法来实现转化为具有良好电催化性能的材料。
在制备过程中，研究人员还可以通过控制合成条件来调控二维MOFs的形貌和结构。
例如，调节反应温度、反应时间、配体浓度等参数会对二维MOFs的形貌和结构产生重要影响。
此外，还可以通过引入不同的金属离子和有机配体组合来构建具有不同性质和功能的二维MOFs。
制备完二维MOF衍生电催化剂后，研究人员还需要对其进行性能测试。
最常用的测试方法包括循环伏安法、交流阻抗法等。
通过这些测试，可以评估二维MOF衍生电催化剂在水解反应中的催化活性和稳定性。
研究结果表明，二维MOF衍生电催化剂具有优异的水解活性和很好的稳定性，可以实现全解水的高效催化。
Ni(OH)_(2)基复合材料的制备及其在超级电容器方面的进展
Ni(OH)_(2)基复合材料的制备及其在超级电容器方面的进展饶冰莹;陈姿蕾;胡亚凌;李柱柱;张正阳;陈萍华【期刊名称】《天津化工》【年(卷),期】2024(38)1【摘要】超级电容器是一种很有前途的电化学储能系统,合理设计和构建高比电容材料,对于超级电容器技术的发展至关重要。
具有高化学稳定性、高理论容量、高速率性能等优点的Ni(OH)_(2)材料在近年引起了广泛关注。
然而,其实际测试性能(尤其是速率能力)通常远低于理论值,这可能归因于活性位点的可接近性受限、反应动力学缓慢或电子转移能力不足,严重阻碍了其的实际应用。
研究人员试图打破Ni(OH)_(2)固有结构的限制,探索提升其性能的方法。
本文综述了Ni(OH)_(2)及其复合材料的制备方法:溶剂热法、电沉积法、化学沉积法、微波水热合成法等,并将其应用于超级电容器方面的进展进行了总结。
此外,本文指出了Ni(OH)_(2)及其复合材料应用于超级电容器所面临的挑战和前景,以满足现代社会的应用需求。
【总页数】3页(P128-130)【作者】饶冰莹;陈姿蕾;胡亚凌;李柱柱;张正阳;陈萍华【作者单位】南昌航空大学环境与化学工程学院【正文语种】中文【中图分类】TB331【相关文献】1.MnCo<sub>2</sub>O<sub>4</sub>@Ni(OH)<sub>2</sub>复合材料的制备及作为超级电容器正极材料的性能研究2.Ni、Co、Fe基复合材料及在超级电容器中的应用——评《Ni、Co、Fe基复合材料的制备及其电化学性能研究》3.电化学法制备石墨烯基复合材料及其在超级电容器中的研究进展4.三维Y(OH)_(3)@Ni(OH)_(2)/CC复合材料的制备及其作为柔性超级电容器电极性能的研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
《MOFs衍生的硒化钴-碳复合材料的制备及其储钠、储钾性能研究》范文
《MOFs衍生的硒化钴-碳复合材料的制备及其储钠、储钾性能研究》篇一MOFs衍生的硒化钴-碳复合材料的制备及其储钠、储钾性能研究一、引言随着电动汽车和可再生能源存储技术的快速发展，对高效、安全、环保的储能材料需求不断增长。
在众多储能材料中，金属有机框架（MOFs）衍生的硒化钴/碳复合材料因其具有独特的结构、高能量密度以及良好的电化学性能，成为研究热点之一。
本文将重点研究MOFs衍生的硒化钴/碳复合材料的制备方法，并对其在储钠、储钾领域的应用性能进行深入探讨。
二、MOFs衍生的硒化钴/碳复合材料的制备1. 材料选择与合成本实验选用合适的MOFs前驱体和硒源，通过溶剂热法合成MOFs前驱体。
随后，将MOFs前驱体与硒源进行高温硒化反应，制备出硒化钴/碳复合材料。
2. 制备过程优化通过调整反应温度、反应时间、硒源浓度等参数，优化硒化钴/碳复合材料的制备过程，以提高材料的结晶度、比表面积和电导率。
三、材料结构与性能表征1. 结构分析利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对制备的硒化钴/碳复合材料进行结构分析，明确其晶体结构、形貌及元素分布。
2. 性能测试通过电化学工作站测试材料的循环伏安曲线（CV）、充放电曲线以及循环稳定性等电化学性能，评估其在储钠、储钾领域的应用潜力。
四、储钠性能研究1. 钠离子电池组装与性能测试将制备的硒化钴/碳复合材料作为钠离子电池的正极材料，与钠金属负极配对，组装成钠离子电池。
测试电池的充放电性能、循环稳定性以及倍率性能。
2. 储钠机制分析结合CV曲线、充放电曲线以及XPS等手段，分析硒化钴/碳复合材料在储钠过程中的反应机理，揭示其储钠性能的优劣原因。
五、储钾性能研究1. 钾离子电池组装与性能测试将制备的硒化钴/碳复合材料作为钾离子电池的正极材料，与钾金属负极配对，组装成钾离子电池。
测试电池的充放电性能、循环稳定性以及倍率性能。
2. 储钾机制分析通过CV曲线、充放电曲线等手段，分析硒化钴/碳复合材料在储钾过程中的反应机理，探讨其储钾性能的优劣原因。
多晶型MnO_(2)-Ru复合催化剂的制备及其电催化水解析氧性能的研究
多晶型MnO_(2)-Ru复合催化剂的制备及其电催化水解析氧性能的研究李佳;袁仲纯;姚梦琴;刘飞;马俊【期刊名称】《人工晶体学报》【年(卷),期】2024(53)2【摘要】在二氧化锰(MnO_(2))中引入杂原子是调整电化学水氧化催化活性位点的有效方法。
在电催化析氧反应(OER)中,虽然已经研究出了许多MnO_(2)的改性方法,但很少有研究以MnO_(2)为主体,讨论MnO_(2)晶型对催化活性的影响。
基于此,本文制备了4种晶型的MnO_(2)(α-MnO_(2)、β-MnO_(2)、γ-MnO_(2)和δ-MnO_(2)),并系统地研究了Ru加入MnO_(2)制备得到的催化剂(x-MnO_(2)-Ru)的OER性能。
线性扫描伏安法和计时电位法测试结果表明,β-MnO_(2)在Ru加入后得到的催化剂(β-MnO_(2)-Ru)电化学性能最佳,在电流密度为10 mA·cm^(-2)时拥有300 mV的较低过电位,而且运行24 h后仍保持较好的催化活性。
结合表征发现,β-MnO_(2)-Ru具有较多的Mn^(3+)和缺陷氧空位,从而具有优异的电催化性能。
【总页数】8页(P336-343)【作者】李佳;袁仲纯;姚梦琴;刘飞;马俊【作者单位】贵州大学化学与化工学院【正文语种】中文【中图分类】TQ032.4【相关文献】1.炭载Ru-Fe催化剂对直接甲酸燃料电池中氧还原的电催化性能研究2.过渡金属掺杂Ru-Se簇合物电催化剂氧还原性能的对比研究3.ZIF-8/C60复合物衍生电催化剂的制备及其水氧化性能4.核壳结构Ru@PtRu纳米花电催化剂的制备及碱性氢析出反应性能研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
MOFs衍生碳基材料的制备及性能研究
MOFs衍生碳基材料的制备及性能研究金属-有机骨架（Metal-Organic Frameworks,MOFs）材料系一类由无机金属离子或簇与有机桥联配体通过配位作用自组装形成的多孔有机-无机杂化晶态化合物,具有结构多样、比表面积高、孔隙发达、孔道尺寸可调控以及孔道表面易功能化等特点,在气体存储与分离、催化、荧光与传感、质子导电等领域展现出广阔的应用前景,成为重要的研究前沿。
近年来,由于MOFs材料的快速发展及其构筑单元的多样性与可设计性,以金属-有机骨架材料为模板/前驱体制备碳基材料成为了高速发展的新兴研究领域。
MOFs骨架中的高密度且分布均匀的金属（M）节点在热解过程中能原位生成含有金属的碳杂化结构,MOFs骨架中丰富的有机配体（O）在热解过程中能直接提供大量的碳源以及引入杂原子,MOFs化合物中的周期性排列的骨架结构（F）可进行修饰或主客体组装,为MOFs衍生碳基材料的多样性提供了选择。
本文致力于以金属-有机骨架材料为模板/前驱体制备多孔碳材料以及金属/金属氧化物@碳复合材料,并研究了这些材料在能源、环境和催化相关领域的应用,系统地探讨了材料的组成结构对性能的影响,主要包括以下四部分内容:论文第二章介绍了以不同晶体尺寸的混配体类沸石咪唑酯骨架材料（JUC-160）为前驱体制备氮掺杂多孔碳材料,并系统地研究不同的晶体尺寸对衍生碳材料结构及CO<sub>2</sub>吸附性能的影响。
通过改变合成条件可合成出不同尺寸的MOF晶体,在室温条件下成功地合成了大小为200 nm的立方体状JUC-160晶体,采用溶剂热的方法在180 ℃合成了大小为20μm的棒状JUC-160晶体,以这两种不同尺寸的JUC-160为前驱体,在不同的温度下碳化得到一系列不同比表面积和孔体积的氮掺杂多孔碳材料,氮气吸附结果表明其衍生碳材料的比表面积随着碳化温度的升高而增大,在相同的碳化温度下纳米级JUC-160衍生碳材料的比表面积和孔体积均大于微米级JUC-160衍生的碳材料。
MOF材料综述
MOF材料综述MOF纳米材料的合成路线我选取的是Erik A. Flugel等在Journal of Materials Chemistry 上发表的的Synthetic routes toward MOF nanomorphologies这篇论文。
然后在学习的过程中，还参考了一些中文文献和老师给的chemical review的那篇文章中的第六部分（MOF Crystals, Films/Membranes, and Composites）。
虽然是化学系的学生并且也选修了现代无机进展这门课，但是该篇文章还是让在阅读的过程中感到十分吃力，主要原因还是金属无机材料这个领域了解不够。
我将试着谈谈这篇文章的内容并给出自己的一点浅薄的体会。
本篇文章是和其他的综述流程一样，先是在简介中介绍了MOF的功能和最近的应用和本文的大致内容，然后进入正题，分为以下几部分：1.零维的MOF纳米晶体的制备；2.一维纳米结构晶体的制备；3.二维纳米结构晶体的制备；4.三位结构晶体的制备；5.杂合纳米结构晶体的制备；6.针对某一个晶体进行结构控制的机理的研究。
最后为文章的总述和致谢。
MOF是含氧或氮的有机配体与过渡金属通过自组装连接而形成的具有周期性网状结构的晶体材料。
其一般具有沸石和类沸石的结构。
在当今的社会中MOF因为其具有结构和孔道可以设计，可裁剪的特点并且表面积大而多孔而受到多个学科的重视。
MOF可以应用在吸收，气体贮存，传感器设计，集光，生物显影，药物传送和催化方面。
现在得到的纳米化的MOF材料，有着与普通固体材料截然不同的性质，比如因为其小尺寸而具有的干涉和散射的光学性质，比如在生物方面展现了更长时间的血浆循环时间，有些甚至可以在淋巴中进行传送。
MOF材料的形态也是至关重要的。
球形保证了一致的消融速度因而能够作为药物缓蚀剂。
而不是球形的或者各向异性的因为其边缘处和角落处的活性而具有催化功能，MOF的膜或者薄片对于气体的分离和探测是很重要的。
聚合物衍生的杂原子掺杂多孔碳材料_概述及解释说明
聚合物衍生的杂原子掺杂多孔碳材料概述及解释说明1. 引言1.1 概述该篇文章将对聚合物衍生的杂原子掺杂多孔碳材料进行概述和解释说明。
多孔碳材料作为一类具有广泛应用前景的新型材料，其独特的结构和性能使其在催化剂、能源存储与转换以及吸附分离等领域展示出巨大潜力。
然而，传统的碳材料还存在着一些问题，如比表面积低、孔径分布不均匀等。
为了克服这些限制，并进一步改善碳材料的性能，近年来引入了聚合物衍生方法和杂原子掺杂策略。
1.2 文章结构本文将按照以下结构组织内容：章节2：详细介绍聚合物衍生的杂原子掺杂多孔碳材料。
该章节包括聚合物衍生方法的概述、杂原子掺杂对碳材料性能的意义和作用以及多孔碳材料的特点和应用领域。
章节3：解释说明聚合物衍生过程及其影响因素。
在此部分中，我们将介绍聚合物衍生过程的基本步骤，并探讨不同杂原子种类对碳材料性能的影响以及衍生条件对产品性质的调控效果。
章节4：总结目前杂原子掺杂多孔碳材料制备策略的研究现状。
我们将分别总结硬模板法、软模板法和其他制备方法在制备杂原子掺杂多孔碳材料方面的研究进展，为读者提供一个全面了解该领域最新进展的综述。
章节5：结论部分对主要研究结果进行总结，并指出存在的问题并提出未来可能的研究方向和展望。
1.3 目的本文旨在系统地介绍聚合物衍生的杂原子掺杂多孔碳材料，并深入解释说明其制备过程中影响因素和相关研究现状。
通过本文的阐述，读者可以更好地理解该领域内多孔碳材料及其应用，同时也为今后在该领域进行更深入的研究提供参考。
2. 聚合物衍生的杂原子掺杂多孔碳材料2.1 聚合物衍生方法概述聚合物衍生方法是制备杂原子掺杂多孔碳材料的关键步骤之一。
该方法利用聚合物作为前驱体，在高温条件下进行热解或碳化处理，从而形成具有丰富孔结构和掺杂原子的多孔碳材料。
常用的聚合物包括聚苯胺、聚氨酯、聚乙烯等。
2.2 杂原子掺杂的意义和作用杂原子掺杂是指在多孔碳材料结构中引入非碳元素，如氮、硫、氧等。
《MOF衍生的金属-碳基磁电复合材料的形貌控制及其电磁波吸收性能》
《MOF衍生的金属-碳基磁电复合材料的形貌控制及其电磁波吸收性能》篇一MOF衍生的金属-碳基磁电复合材料的形貌控制及其电磁波吸收性能一、引言近年来，电磁波（EMW）的广泛应用引发了一系列严重的电磁干扰（EMI）问题，这促使了电磁波吸收材料的研究与发展。
金属/碳基磁电复合材料因其独特的物理和化学性质，被广泛应用于电磁波吸收材料中。
在这类材料中，MOF（金属有机骨架）衍生的金属/碳基磁电复合材料因具有多孔结构、高比表面积以及优异的电磁性能，备受关注。
本文将详细介绍MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料的形貌控制及其电磁波吸收性能。
二、MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料的制备MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料通常通过溶剂热法、高温煅烧法等手段制备。
其中，溶剂热法因其简单易行、反应条件温和等优点被广泛使用。
首先，通过选择合适的MOF前驱体，在溶剂中与金属盐进行反应，生成MOF结构。
随后，通过高温煅烧或化学还原等方法，将MOF转化为金属/碳基磁电复合材料。
在制备过程中，可通过控制反应时间、温度、金属盐浓度等因素，实现对材料形貌的控制。
三、形貌控制对电磁波吸收性能的影响MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料的形貌对其电磁波吸收性能具有重要影响。
不同的形貌导致材料在电磁波场下的反射、吸收和传输等方面存在显著差异。
通过调控合成条件，如调整MOF的晶格结构、控制煅烧温度和时间等，可以实现对材料形貌的有效控制。
例如，具有多孔结构的材料能够提高电磁波的传输路径，增强材料的衰减能力；而具有特殊微观结构的材料则可提高对电磁波的捕获和散射能力。
这些因素共同作用，使得不同形貌的MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料在电磁波吸收性能上表现出显著的差异。
四、电磁波吸收性能的测试与评价为了评估MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料的电磁波吸收性能，我们采用了多种测试方法。
首先，通过矢量网络分析仪测量材料的复介电常数和复磁导率等电磁参数。
其次，根据传输线理论，计算材料的反射损耗和吸波性能。
《2024年二维介孔过渡金属化合物纳米复合催化剂的可控构筑及其在能源催化中的应用研究》范文
《二维介孔过渡金属化合物纳米复合催化剂的可控构筑及其在能源催化中的应用研究》篇一一、引言随着能源需求的日益增长和环境保护意识的提高，寻找高效、环保的能源转换和存储技术已成为科研领域的重要课题。
其中，二维介孔过渡金属化合物纳米复合催化剂因其独特的结构和优异的催化性能，在能源催化领域展现出巨大的应用潜力。
本文将就二维介孔过渡金属化合物纳米复合催化剂的可控构筑及其在能源催化中的应用进行深入研究。
二、二维介孔过渡金属化合物概述二维介孔过渡金属化合物（2D TMCs）是一种具有独特结构和性能的新型材料。
其结构特点为具有二维层状结构和介孔结构，使得其具有较大的比表面积和良好的离子传输性能。
同时，其成分中的过渡金属元素（如钴、镍、铁等）在催化反应中表现出良好的催化活性。
三、二维介孔过渡金属化合物纳米复合催化剂的可控构筑可控构筑二维介孔过渡金属化合物纳米复合催化剂是实现其优异性能的关键。
目前，常用的构筑方法包括化学气相沉积法、水热法、溶胶凝胶法等。
这些方法通过控制反应条件、原料配比等参数，可实现催化剂的形貌、结构、孔径等特性的有效调控。
其中，水热法因其操作简便、成本低廉等优点在实验室研究中得到广泛应用。
通过调整反应温度、压力、时间等参数，可以有效地控制二维介孔过渡金属化合物的晶体结构、粒径及孔道结构等，从而实现催化剂的精准构筑。
四、在能源催化中的应用二维介孔过渡金属化合物纳米复合催化剂在能源催化领域具有广泛的应用。
主要包括以下几个方面：1. 太阳能电池：利用其优异的光电性能和催化活性，可将其应用于太阳能电池的光阳极材料，提高太阳能的转换效率。
2. 燃料电池：由于其具有良好的氧还原反应（ORR）催化性能，可作为燃料电池的阴极催化剂，提高电池的能量转换效率。
3. 电解水制氢：在电解水制氢过程中，二维介孔过渡金属化合物纳米复合催化剂可降低反应的过电位，提高制氢效率。
4. 超级电容器：利用其高比表面积和良好的离子传输性能，可作为超级电容器的电极材料，提高电容器的能量密度和功率密度。
mof衍生法
mof衍生法以MOF衍生法为标题的文章摘要：MOF衍生法（Metal-Organic Frameworks Derivative）是一种新兴的材料合成方法，通过对MOF材料进行化学修饰和功能化改造，可以获得具有不同性质和应用的衍生材料。
本文将介绍MOF衍生法的原理、方法和应用，并展望其在能源、环境和催化领域的潜在应用前景。
一、引言MOF（Metal-Organic Frameworks）是一种由金属离子或簇与有机配体通过配位键连接而成的晶态材料。
由于其具有高表面积、可调控的孔径和丰富的功能基团，MOF材料在气体吸附、分离、催化和传感等领域具有广泛的应用潜力。
然而，MOF材料本身的稳定性和可操作性限制了其在实际应用中的表现。
为了克服这些限制，研究者们开始将MOF材料进行化学修饰和功能化改造，从而获得具有新颖性质和应用的衍生材料。
二、MOF衍生法的原理和方法MOF衍生法是通过改变MOF材料的结构和组成，引入新的功能基团或修饰已有的功能基团，从而获得具有不同性质和应用的衍生材料。
MOF衍生法的主要原理包括结构转化、原位合成和后修饰等。
结构转化是指通过改变MOF材料的晶体结构和配位键连接方式，实现结构的重组和调控。
原位合成是指在MOF材料的晶体内部或表面进行化学反应，从而引入新的功能基团。
后修饰是指对已合成的MOF材料进行化学修饰，改变其物理和化学性质。
MOF衍生法的方法包括热解、溶剂热法、化学气相沉积和电化学法等。
三、MOF衍生材料的应用1. 气体吸附和分离MOF衍生材料在气体吸附和分离方面具有潜在应用。
通过改变MOF材料的孔径和表面性质，可以实现对不同气体的选择性吸附和分离。
例如，将MOF材料衍生为具有亲水性的表面，可以实现对水蒸汽的吸附和分离；将MOF材料衍生为具有亲疏水性的表面，可以实现对烷烃和芳香烃的吸附和分离。
2. 催化反应MOF衍生材料在催化反应中具有潜在应用。
通过引入催化活性位点或功能基团，可以提高MOF材料的催化活性和选择性。
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混配型MOF衍生杂原子掺杂碳纳米复合物的制备及其在能源转
换与存储中的研究
随着现代社会对能源消耗的持续增加,以及随之带来的传统化石能源枯竭和环境污染等问题,人们对清洁能源的需要也在逐年增加。
可再生清洁能源如:风能、太阳能、水能等都具有间歇性和区域差异性等缺点,不利于这些能源的有效利用。
因此,把富余的清洁能源进行有效的转换或存储是十分有必要的,而在这个
过程中起关键作用的就是涉及到能源转换反应的催化剂,它可以保证能源转换过程有效地进行,最大程度地减少能源的消耗,促进清洁能源的高效和持续性利用。
因此,对于能源转换与存储（Energy Conversion and Storage,ECS）催化材料的研究一直受到了全世界各个国家和地区的科研工作者们的持续关注。
氢气是一种具有高能量密度的清洁能源载体,它可以把能量以化学能的形式储存起来。
电催化析氢反应（Hydrogen Evolution Reaction,HER）就是把电能转换为化学能的过程,电催化析氢催化剂就在其中起到至关重要的作用。
在燃料电池中,氢气被氧化打破两个氢原子之间的化学键,从而实现化学能
到电能的转换。
限制这个能源转换效率的关键反应就是燃料电池正极上发生的电催化氧气还原反应（Oxygen Reduction Reaction,ORR）,它也需要高效的ORR
催化剂来加快反应速率,提升能源转换效率。
碳循环也是一种能源转换策略,利用CO<sub>2</sub>作为反应物通过能源
转换反应形成化工中间产物或是高附加值燃料分子,既可以缓解碳排放带来的全球变暖问题,又可以实现清洁能源的转换利用。
除了这些能源转换策略,储能装置是一种可以直接快速利用清洁能源的有效手段,尤其是比传统锂离子电池具有更高能量密度的锂硫电池（Lithium-Sulfur Battery,Li-S battery）更是吸引了
很多科学家的研究热情。
杂原子掺杂（氮、磷、硫、硼、氟等）的碳基纳米复合物材料在以上ECS 反应中都有重要的催化作用,尤其是多重杂原子掺杂的碳基复合物材料。
以金属有机框架材料（Metal-Organic framework,MOF）作为前驱体制备杂原子掺杂的碳基纳米复合物材料具有独特的优势,MOF材料中的金属节点和有机配体在空间上的周期性间隔排布,既可以阻止金属元素在煅烧过程中发生聚集,又可以最大限度地保证产物中各个化学元素的均匀分布,而且多样化的组分和结构也为碳基纳米复合物的制备提供了更多选择性。
但是,到目前为止,在绝大多数已经报道的文献中,大家所用到的MOF前驱体主要集中为屈指可数的几种经典MOF结构（如ZIF-67/ZIF-8,MIL系列等）。
而且在已经报道的以MOF材料作为前驱体制备多重杂原子掺杂的碳基纳米复合材料的合成过程中,都需额外加入包含其他杂原子的添加物。
以两种甚至多种含有不同杂原子的有机配体构筑而成的混配型MOF材料作为单源前驱体,制备多重杂原子共掺杂的碳基纳米材料的研究还很少被报道过。
本文结合以上研究背景,主要从混配型单源MOF前驱体的结构设计上着手,通过实验探寻有效的制备杂原子掺杂碳基纳米复合物材料的MOF结构特征,研究混配型单源MOF前驱体材料在ECS应用中的潜力,以及杂原子掺杂碳基纳米复合材料的结构特点与其催化ECS反应的性能关系。
主要的研究工作分为以下三方面:一、以含氮配体（吡嗪）和含磷配体（羟基乙叉二膦酸）与过渡金属铜离子通过自组装形成的混配型金属有机框架材料（Cu-NPMOF-1）作为单源前驱体,经过煅烧及后续的磷化反应成功制备了氮、磷双杂原子共掺杂多孔碳基质包覆Cu<sub>3</sub>P纳米颗粒的复合型电催化剂
（Cu<sub>3</sub>P@NPPC）。
通过电化学测试对其电催化析氢反应（HER）、电催化氧气还原反应（ORR）性能进行了详细研究:Cu<sub>3</sub>P@NPPC-650复合材料表现出最好的HER活性,在催化电流密度为10 mA cm<sup>-2</sup>时的过电势仅为89 mV;具有最佳ORR催化活性的Cu<sub>3</sub>P@NPPC-650复合材料的半波电位为0.78 V,只比Pt/C的半波电位小29 mV;并且在HER和ORR催化反应中都具有优异的稳定性。
此外还对Cu<sub>3</sub>P@NPPC作为正极材料的锌空电池体系进行了性能研究。
二、结合第一部分的研究内容,我们改用双氰胺钠作为含氮配体与过渡金属镍离子在阳离子模板（甲基三苯基磷-含磷配体）的诱导下快速合成离子型主客体框架结构NiMeP-MOF材料。
以NiMeP-MOF材料作为单源前驱体实现了一步煅烧制备得到氮、磷共掺杂碳包覆镍/镍磷化物复合型催化材料（Ni-P@NPPC）,在900°C煅烧得到的Ni-P@NPPC 复合材料具有最大的比表面积(1468.4 m<sup>2</sup> g<sup>?1</sup>)。
此外,研究了Ni-P@NPPC作为催化剂在联吡啶钌([Ru（bpy）
<sub>3</sub>]<sup>2+</sup>)和三乙醇胺（TEOA）共存的三元光催化体系中光催化还原CO<sub>2</sub>的性能:在水和乙腈（2:3）混合溶剂中,CO析出速率可以达到2673μmol h<sup>?1</sup> g<sup>?1</sup>,同时CO选择性为92.6%,展现出高CO产率和高CO选择性的光催化还原CO<sub>2</sub>特性。
此外,回收循环实验结果表明Ni-P@NPPC-900复合材料具有十分出色的循环稳定性。
三、我们改用4,4′-联吡啶（bpy）作为含氮构筑配体替代之前使用的吡嗪配体,和羟基乙叉二膦酸配体与铜离子合成得到混配型金属有机框架材料（Cu-NPMOF-2）。
以Cu-NPMOF-2材料作为单源前驱体,制备得到了一个具有超高比表面积(1961 m<sup>2</sup> g<sup>?1</sup>)的氮、磷双杂原子共掺杂的多孔碳框架材料（NPPCF）,并且研究了NPPCF材料对CO<sub>2</sub>的吸附性能:NPPCF-700在273 K条件下的CO<sub>2</sub>吸附量达到了99.4 mL g<sup>?1</sup>,并且表现出显著的CO<sub>2</sub>吸附选择性。
此外,研究了NPPCF-700作为正极材料的锂硫电池性能:正极活性材料S@NPPCF-700的载硫量高达85.3%,在0.5 C倍率条件下经过200圈的循环测试后其放电比容量依然可以保持840 mA h
g<sup>?1</sup>,并且通过XPS验证了杂原子位点对极性多硫化物分子的吸附作用。