Co基MOF衍生材料的制備及用于鋅-空氣電池的性能研究

Co基MOF衍生材料的制備及用于鋅—空氣電池的性能研究Co基MOF衍生材料的制備及用于鋅—空氣電池的性能研究

摘要：本文主要研究了一種基于金屬有機(jī)框架（MOF）的衍生材料的制備方法，并探究了該材料在鋅-空氣電池中的性能。首先，通過(guò)溶劑熱法合成了Co基MOF，并利用高溫煅燒和化學(xué)處理的方法制備了Co基MOF衍生材料。然后，通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）對(duì)材料的形貌和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果顯示，Co基MOF衍生材料在鋅-空氣電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性，具有良好的電池性能。

關(guān)鍵詞：金屬有機(jī)框架（MOF）；鋅-空氣電池；Co基MOF衍生材料；制備方法；電化學(xué)性能

1.引言

鋅-空氣電池作為一種新型高能量密度的電池，具有重要的應(yīng)用前景。然而，由于氧還原反應(yīng)（ORR）的緩慢動(dòng)力學(xué)過(guò)程和催化劑的限制性，鋅-空氣電池的性能仍然有待進(jìn)一步提高。為了提高鋅-空氣電池的性能，研究人員開(kāi)始尋找新的催化劑材料，其中基于金屬有機(jī)框架（MOF）的衍生材料引起了廣泛的關(guān)注。

2.實(shí)驗(yàn)部分

本研究采用了溶劑熱法合成Co基MOF，并通過(guò)高溫煅燒和化學(xué)處理的方法制備了Co基MOF衍生材料。首先，在150mL的丙酮溶液中加入Co(NO3)2·6H2O和1,4-苯二甲酸，攪拌均勻后在80℃下反應(yīng)12h，得到Co基MOF。然后，將Co基MOF在氮?dú)庵徐褵?00℃3h，形成Co基MOF衍生材料。最后，使用濃硼氫化鈉溶液和1M硫酸進(jìn)行化學(xué)處理，得到最終的Co基MOF衍生材料。

3.結(jié)果與討論

通過(guò)SEM和TEM觀察，可以看出Co基MOF衍生材料形成了較為均勻的納米顆粒。衍生材料具有較大的比表面積和豐富的孔道結(jié)構(gòu)，這有利于材料的催化性能。進(jìn)一步的X射線衍射（XRD）分析結(jié)果顯示，衍生材料的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯改變，但仍然保持了MOF的特征峰。

在鋅-空氣電池中的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果顯示，Co基MOF衍生材料表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性。采用循環(huán)伏安法測(cè)試，發(fā)現(xiàn)衍生材料比商業(yè)Pt/C催化劑具有更低的起始電位和更高的峰電流密度，表明其催化活性更好。同時(shí)，衍生材料在持續(xù)工作100小時(shí)后，仍然保持了較高的電池效率，表明其具有較好的穩(wěn)定性。

4.結(jié)論

本研究成功制備了一種Co基MOF衍生材料，并研究了其在鋅-空氣電池中的性能。結(jié)果表明，Co基MOF衍生材料具有優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性，顯示出良好的電池性能。這為MOF衍生材料在鋅-空氣電池中的應(yīng)用提供了新的思路，并為鋅-空氣電池的進(jìn)一步研究提供了有價(jià)值的參考。

綜上所述，本研究成功制備了一種Co基MOF衍生材料，并研究了其在鋅-空氣電池中的性能。通過(guò)SEM和TEM觀察發(fā)現(xiàn)，衍生材料形成了較為均勻的納米顆粒，并具有較大的比表面積和豐富的孔道結(jié)構(gòu)。XRD分析結(jié)果顯示，衍生材料的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯改變，但仍然保持了MOF的特征峰。電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，Co基MOF衍生材料表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性。循環(huán)伏安法測(cè)試顯示，衍生材料比商業(yè)Pt/C催化劑具有更好的催化活性，并在持續(xù)工作10