超薄MOFs纳米片/石墨烯复合电催化剂的构筑及其性能研究

批准号:
21905092
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
刘超
依托单位:
学科分类:
B0505.复合与杂化材料化学
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
本项目从金属有机物框架(MOFs)复合材料的设计与应用出发,提出一种“片-片三维分级组装”策略,用于超薄MOFs纳米片/还原氧化石墨烯(UMOFNs/rGO)三维等级复合电催化剂的构建,并研究材料结构与析氧反应(OER)增效催化之间的构效关系。针对传统MOFs材料在电催化过程中面临的传质受阻、金属活性中心暴露受限及导电性差的技术难题,设计并制备出结构可控、性质可调、组成可变的复合电催化剂。探究复合电催化剂的复合方式、UMOFNs的生长取向及其活性金属中心的调变规律,获得复合电催化剂结构及组成控制途径,阐明其界面生长机制。围绕以OER为电催化模型反应的性能评价过程,重点探讨催化剂结构与组成对电催化活性及稳定性的影响,阐明三维等级结构及异相金属中心增效机制;进而明确催化活性中心及催化机理。通过这些科学问题的研究和探索,解决传统MOFs基电催化剂存在的瓶颈,为高效电催化剂的设计提供技术支撑。
英文摘要
Starting from the design and applications of metal-organic frameworks (MOFs) hybrid materials, this project proposes a “sheet-on-sheet three-dimensional hierarchical assembly” strategy for the construction of “sheet-on-sheet” ultrathin metal-organic framework nanosheet/reduced graphene oxide (UMOFNs/rGO) three-dimensional hierarchical hybrid electrocatalyst and further explores the relation between the structure and enhanced catalytic performance in oxygen evolution reaction (OER). To solve the technical problems of traditional MOFs materials in electrocatalysis process including limited interior mass transfer and exposure metal active centers, and poor electro-conductivity, this project aims to design and synthesis of UMOFNs/rGO hybrid electrocatalyst with controllable structures, properties and compositions. The hybrid pathway, growth orientation and regulation of active centers of UMOFNs/rGO will be investigated to achieve the structure control, characterization method and finally clarification of the interfacial growth mechanism. OER will be chosen as the model reaction to emphatically explore the effect of the structure and composition of UMOFNs/rGO on the electrocatalytic activity and stability. On this basis, the active center will be identified and the catalytic mechanism will be clarified. By studying these scientific problems, the existed bottlenecks of traditional MOFs-based electrocatalysts will be solved. This project will provide technical support for the design of high-performance electrocatalysts.
金属有机框架(MOFs)的设计合成及催化应用是当前材料化学领域的重要课题。然而,传统MOFs材料在催化过程中面临传质受阻、金属活性中心暴露受限及导电性和稳定性差等技术难题,效能收到严重限制。鉴于此,项目围绕等级MOFs材料的界面组装及催化应用展开研究,以期从多元组分协同、等级结构增效以及衍生材料创制三个角度改善上述问题。项目首先发展了超薄MOFs纳米片(UMOFNs)材料在石墨烯材料表面的快速、普适性组装策略,制备了系列UMOFNs@石墨烯复合片-片等级材料。由于复合材料兼具UMOFNs的高活性和石墨烯的高导电性,所形成的三维等级结构可以促进传质、提高MOF的稳定性,因而在电解水产氧反应和锂离子电池中表现出良好的性能。基于对上述组装过程中所涉及不同结构单元之间相互作用的理解,进一步开发多种新型组装策略用于复杂结构MOFs材料的可控合成,制备了多种二/三元MOF-MOF及MOF-非MOF材料复合结构,并深入探究了组装机理。项目还将MOF组装体系拓展至衍生功能材料的合成与应用领域,以上述MOF复合材料为前驱体,通过界面转化途径,制备出金属硫化物@MOF异质结构、金属硫化物超级结构、中空缺陷型金属氧化物等系列衍生材料并考察其在电催化、光催化及环境修复方面的应用,明晰材料结构组成与性能之间的构效关系,为新型MOF基材料的结构及功能设计提供思路。.项目负责人以第一或通讯作者在Nature Communications(1)、Angewandte Chemie International Edition(2)、Advanced Functional Materials(3)、Advanced Science(3)、Chemical Science(1)、Coordination Chemistry Reviews(1)、Applied Catalysis B: Environmental(1)、Small(1)等期刊发表SCI论文18篇;相关论文被引超过430次,两篇论文入选ESI高被引论文。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Site-specific growth of MOF-on-MOF heterostructures with controllable nano-architectures: beyond the combination of MOF analogues.
具有可控纳米结构的 MOF-on-MOF 异质结构的位点特异性生长:超越 MOF 类似物的组合
DOI:10.1039/d0sc00417k
发表时间:2020-03-05
期刊:Chemical science
影响因子:8.4
作者:Liu C;Lin L;Sun Q;Wang J;Huang R;Chen W;Li S;Wan J;Zou J;Yu C
通讯作者:Yu C
A General Approach to Direct Growth of Oriented Metal-Organic Framework Nanosheets on Reduced Graphene Oxides
在还原氧化石墨烯上直接生长定向金属有机框架纳米片的通用方法
DOI:10.1002/advs.201901480
发表时间:2020
期刊:Advanced Science
影响因子:15.1
作者:Liu Chao;Huang Xiaodan;Liu Jizi;Wang Jing;Chen Zibin;Luo Rui;Wang Chaohai;Li Jiansheng;Wang Lianjun;Wan Jingjing;Yu Chengzhong
通讯作者:Yu Chengzhong
High Yield Electrosynthesis of Hydrogen Peroxide from Water Using Electrospun CaSnO3@Carbon Fiber Membrane Catalysts with Abundant Oxygen Vacancy
富氧空位电纺CaSnO3@碳纤维膜催化剂从水中高产率电合成过氧化氢
DOI:10.1002/adfm.202100099
发表时间:2021
期刊:Advanced Functional Materials
影响因子:19
作者:Zhang Chaoqi;Lu Ruihu;Liu Chao;Yuan Ling;Wang Jing;Zhao Yan;Yu Chengzhong
通讯作者:Yu Chengzhong
Amorphous Metal-Organic Framework-Dominated Nanocomposites with Both Compositional and Structural Heterogeneity for Oxygen Evolution
具有成分和结构异质性的非晶金属有机框架主导的析氧纳米复合材料
DOI:10.1002/anie.201914587
发表时间:2020-01-09
期刊:ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION
影响因子:16.6
作者:Liu, Chao;Wang, Jing;Yu, Chengzhong
通讯作者:Yu, Chengzhong
ZnO nanoparticles embedded in hollow carbon fiber membrane for electrochemical H2O2 production by two-electron water oxidation reaction
嵌入中空碳纤维膜中的 ZnO 纳米粒子用于通过双电子水氧化反应电化学生产 H2O2
DOI:10.1016/j.envres.2021.112290
发表时间:2022
期刊:Environmental Research
影响因子:8.3
作者:Zhang Chaoqi;Lu Jingyi;Liu Chao;Zou Yingying;Yuan Ling;Wang Jing;Yu Chengzhong
通讯作者:Yu Chengzhong
面向海水尿素电合成的金属磷硫族化合物的设计、性能与催化机制研究
- 批准号:--
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2025
- 负责人:刘超
- 依托单位:
国内基金
海外基金
