金属有机骨架基电催化剂的设计合成及性能研究开题报告

 2022-04-14 08:04

1. 研究目的与意义

1. 本课题研究的背景、目的及意义

众所周知,能源短缺及化石能源燃料产生的环境破坏和能源危机问题日益严重, 引起了人们对风能、太阳能、氢能等绿色可再生能源的关注。风能、太阳能具有间歇性的特点, 限制了其长远的发展, 目前迫切需要开发一种高效环保的连续可再生能源,氢能源因具有清洁、可再生、能量密度高和易储存等特点, 被认为是人类未来的理想能源之一, 逐渐受到各国研究学者的重视,且电化学技术具有可持续利用和清洁环保等特点。其中甲醇燃料电池(dmfc)来源丰富、高能量密度且低污染,收到了广泛的关注,电解水制氢同样可以储存和转换能源,但需要催化剂加速氧化反应。

直接甲醇燃料电池属于质子交换膜燃料电池(pemfc)中之一类,直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料供给来源,而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发电。相较于质子交换膜燃料电池(pemfc) ,直接甲醇燃料电池 (dmfc) 具备低温快速启动、燃料洁净环保以及电池结构简单等特性。这使得直接甲醇燃料电池 (dmfc)可能成为未来便携式电子产品应用的主流。如果想把dmfc发展成为一项成功的燃料电池技术,需要开发出两种关键材料:电极催化剂和电解质膜,这也是dmfc所面临的两个巨大挑战。dmfc的商业化受到两个条件的限制,其中一个主要原因是甲醇阳极反应的动力学速度比氢气要缓慢很多;另一个原因是甲醇会透过电解质膜,在阴极上发生氧化反应,降低了电池电压和燃料的利用率。

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2. 研究内容和预期目标

2.1 研究内容

(1)m-mof(m=ni/co)材料的制备与表征

(2)导电碳基材料(rgo/n-mwcnts)制备与表征

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3. 研究的方法与步骤

(1)m-mof(m=ni/co)材料的制备与表征

采用溶剂热法,利用ni/co(no3)2·6h2o,2,5-二羟基对苯二甲酸,n, n-二甲基甲酰胺、乙醇和去离子水置于衬有teflon的不锈钢高压釜中加热制得ni/co-mof并将合成的材料用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、x射线粉末衍射、热重分析、红外光谱、元素分析等进行表征、分析。

(2)导电碳基材料(rgo/n-mwcnts)制备与表征

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4. 参考文献

[1] y. dou, t. liao, z. ma, d. tian, q. liu, f. xiao, z. sun, j.h. kim, s.x. dou, graphene-like holey co3o4 nanosheets as a highly efficient catalyst for oxygen evolution reaction, nanomater. energy 30 (2016) 267-275.

[2] 王玲, 王千瑞, 刘冲等. 金属有机骨架材料在催化领域的研究进展[j]. 硅酸盐通报, 2016, 35(6):1756-1760.

[3]ayed c, silva l c, wang d, et al. designing conjugated microporous polymers for visible light-promoted photocatalytic carbon-carbon double bond cleavage in aqueous medium [j]. j. mater. chem. a, 2018, 6: 22145-22151.

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5. 计划与进度安排

(1)2021-1-1~2021-3-1: 查阅文献,了解课题背景,学习基本的实验操作,仪器的使用方法,注意事项。

(2)2021-3-1~2021-3-15: 制定实验方案,选择实验试剂与研究方向,撰写开题报告,同时进行尝试性实验。

(3)2021-3-15~2021-4-15: 开始正式实验,制备m-mof(m=ni/co)材料

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