金属(Co)-有机框架物/功能化石墨烯复合材料对析氧反应的催化性能研究

Based upon the opportunity brought by the metal-organic frameworks (MOF) with lots of advantages and the great challenge of the catalysts for oxygen evolution reaction, MOF/functionalized graphene (FG) composites are proposed to be synthesized through the solvothermal reaction constructed of different ligand, cobalt salt, and FG. Through altering organic ligands and reaction conditions, we obtain a series of MOF/FG composites with different contents of FG and different MOF’s morphologies, sizes, apertures, specific surfaces and doped other atoms such as N, S, P atoms. In order to summarize the internal relationship between the particle sizes, apertures, other doped atoms of MOFs, FG contents in MOF/FG composites and the catalytic performances including the stability of obtained different composites, we characterize them by the electrochemical workstation. Further, we try to seek for a new material with the high catalytic performance for oxygen evolution reaction. In this way, it provides a new approach to prepare the catalyst besides the theoretical and technical support. Meanwhile, it promotes the development of composites for oxygen evolution reaction.

基于拥有诸多优点的金属-有机框架物(MOF)带来的机遇以及析氧催化遭遇的挑战，我们以含不同配位基团的配体、钴盐和功能化石墨烯(FG)为原料采用溶剂热法合成多种Co-MOF/FG复合材料。通过改变配体及合成条件，得到一系列具有不同形貌、尺寸、孔径、比表面、杂原子(N、P、S)、FG含量等Co-MOF/FG复合材料，利用电化学工作站测试复合材料的析氧催化性能及稳定性，探索复合材料中MOF的尺寸、孔径、杂原子、FG的含量等因素与复合材料催化性能间的关系。从本质上寻找高催化析氧性能材料，为制备高效析氧催化剂提供新的思路、一定的理论和技术支持，从而促进复合材料催化析氧的发展。

能源是人类生存和发展的重要物质基础，因此科技界研究热点已转向新能源开发及能量转换装置，如电池等。然而电极上的氧气还原反应(ORR)、氧气析出反应（OER）和电解水产氢的氢气析出反应（HER）由于其缓慢的反应动力学过程，必须负载大量高性能电催化剂以提高电池系统输出功率。目前, 贵金属Pt具有很高的催化活性而被广泛使用，然而Pt负载量大且价格昂贵。因此，开发低价格、高性能的催化剂来代替Pt具有很大的现实意义。基于拥有诸多优点的金属-有机框架物(MOF)带来的机遇以及电催化遭遇的挑战，我们采用溶剂热法合成Co-MOF材料，通过改变复合物及合成条件，得到一系列具有不同形貌、尺寸、孔径、比表面的复合材料，利用电化学工作站测试复合材料的电催化性能及稳定性，探索复合材料中MOF的尺寸、孔径、杂原子等因素与复合材料电催化性能间的关系，从本质上寻找高催化性能的材料。此外我们还研究了类似MOF结构的海洋生物质盐衍生的复合材料在能量存贮方面的研究，如钠离子电池。该工作的开展为制备高效过渡金属电催化剂及储能材料提供新的思路、一定的理论和技术支持，还拓展了复合材料的应用。