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

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。

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

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

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.

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