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物理化学学报  2017, Vol. 33 Issue (1): 149-164    DOI: 10.3866/PKU.WHXB201609143
综述     
基于金属有机框架化合物纳米电催化剂的研究进展
玄翠娟,王杰,朱静(),王得丽*
Recent Progress of Metal Organic Frameworks-Based Nanomaterials for Electrocatalysis
Cui-Juan XUAN,Jie WANG,Jing ZHU(),De-Li WANG*
 全文: PDF(2321 KB)   HTML 输出: BibTeX | EndNote (RIS) |
摘要:

金属有机框架化合物具有比表面积大、孔隙率高、结构有序可控等特点,近年来作为电催化材料在电化学能源储存和转化应用中备受关注。本文从金属有机框架化合物作为前驱体制备电催化剂的独特优点入手,总结了目前该类材料在电催化领域的最新研究进展,并对其今后的发展趋势以及面临的机遇和挑战进行了简单的展望。

关键词: 金属有机框架化合物电催化氧还原反应析氧反应析氢反应    
Abstract:

Metal organic frameworks (MOFs) have attracted tremendous attention in electrochemical energy storage and conversion because of their large surface area, high porosity, ordered structure and the tailorability of the structure. In this paper, the unique advantages of synthesizing electrocatalysts from MOFs are introduced. Then, the latest research progress of MOFs derived electrocatalysts in electrochemical energy conversion is mainly summarized. Finally, the application prospects, opportunities and challenges of MOF-based materials are briefly presented to provide an outlook for future research directions.

Key words: Metal organic frameworks    Electrocatalysis    Oxygen reduction reaction    Oxygen evolution reaction    Hydrogen evolution reaction
收稿日期: 2016-07-25 出版日期: 2016-09-14
中图分类号:  O646  
基金资助: 国家自然科学基金(21306060);国家自然科学基金(21573083)
通讯作者: 王得丽     E-mail: wangdl81125@hust.edu.cn
作者简介: 玄翠娟, 1990年生。2012年在滨州学院获工学学士学位。2015年在西北大学获理学硕士学位。2015年至今,在华中科技大学攻读博士学位,主要研究方向为基于金属有机框架化合物的制备及其在先进电化学能量储存和转化装置中的应用研究|王杰, 1988年生。2012年在青岛农业大学获理学学士学位。2012年至今,在华中科技大学攻读博士学位,主要研究方向为基于三维纳米材料的制备及其在先进电化学能量储存和转化装置中的应用研究|朱静, 1992年生。2014年在华中科技大学获工学学士学位。2014年至今,在华中科技大学化学与化工学院攻读硕士学位。主要研究方向为铂基金属间化合物纳米催化剂的制备及其在燃料电池中的应用|王得丽, 1981年生。2008年在武汉大学获博士学位。2008-2009年在新加坡南洋理工大学工作。2009-2012年美国康奈尔大学化学学院、先进能源材料研究中心博士后。2012年底入职华中科技大学化学与化工学院,教授中组部"青年千人计划"和教育部"新世纪优秀人才支持计划"获得者。主要从事先进电化学能源与环境材料方面的研究工作
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玄翠娟
王杰
朱静
王得丽

引用本文:

玄翠娟,王杰,朱静,王得丽. 基于金属有机框架化合物纳米电催化剂的研究进展[J]. 物理化学学报, 2017, 33(1): 149-164.

Cui-Juan XUAN,Jie WANG,Jing ZHU,De-Li WANG. Recent Progress of Metal Organic Frameworks-Based Nanomaterials for Electrocatalysis. Acta Physico-Chimica Sinca, 2017, 33(1): 149-164.

链接本文:

http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201609143        http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2017/V33/I1/149

图1  基于金属有机框架化合物制备的纳米结构材料示意图
图2  (a)氮掺杂石墨化多孔碳/氮掺杂碳纳米管的合成示意图36;(b)氮掺杂石墨化多孔碳/氮掺杂碳纳米管和Pt/C在0.1 mol?L-1 KOH中的CV曲线36;(c) Co-N-C-x制备示意图;Co-N-C-x在(d) 0.1 mol?L-1 KOH,(e) 0.1 mol?L-1 HClO4,(f) 0.1 mol?L-1 pH=7的磷酸盐溶液中的极化曲线15
图3  (a)金属/CoNC合成示意图54;(b)不同温度下碳材料合成示意图55;(c) CoNC、Ni/CoNC和Pt/C的氧还原反应极化曲线54;不同样品在(d) 0.5 mol?L-1 H2SO4和(e) 0.1 mol?L-1 KOH中的氧还原极化曲线55
图4  (a) Co9S8@CNST催化剂的合成示意图66;(b) Co9S8@CNS900的SEM图66;(c)不同样品的氧还原反应极化曲线66;(d) Co-C@Co9S8 DSNCs的合成方法示意图67;(e) Co-C@Co9S8 DSNCs的TEM图67;(f) Co-C@Co9S8 DSNCs和Pt/C的氧还原反应极化曲线67
图5  (a) Co3O4微框架结构合成示意图73;(b) Co3O4微框架结构的SEM图73;(c) Co3O4微框架结构和Co3O4微立方体结构的LSV曲线73;(d) Co3O4/NiCo2O4 DSNCs合成示意图19;(e) Co3O4/NiCo2O4 DSNCs的TEM图19;(f) Co3O4/ NiCo2O4 DSNCs和Co3O4 NCs的LSV曲线19
图6  (a) Co-P/NC纳米多面体合成示意图75;(b) Co-P/NC,Co/NC和IrO2的LSV曲线75;(c) Co3O4C-NA合成示意图18;(d)不同样品的LSV曲线18
图7  (a)在朗格缪尔吸附模型假设条件下i0和DFT计算所得ΔGH*关系的火山型曲线84;不同样品在(b) 0.5 mol?L-1 H2SO4和(c) 1 mol?L-1 KOH中的LSV曲线86;(d) NiS纳米框架合成过程示意图20;(e)煅烧所得不同粒径的NiS纳米框架和泡沫镍的LSV曲线20
图8  (a)多孔MoCx纳米八面体制备示意图104;多孔MoCx纳米八面体的(b, c) TEM图及在(d) 0.5 mol?L-1 H2SO4和(e) 1 mol? L-1 KOH中的LSV曲线104;(f) MoCx纳米八面体在0.5 mol?L-1 H2SO4和1 mol?L-1 KOH中的I-t曲线104
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