金属有机框架及其衍生物的制备和性能研究文献综述

 2023-04-24 18:28:23

文献综述

文献综述1.引言随着人类社会发展速度的提高,社会生产的需求不断扩大,人们对于化石能源的需求逐渐增大。

随着化石燃料的快速消耗和其带来的环境污染问题,探索新型的能源储备和转化装置变得迫在眉睫[1],在各种创新选择中,电催化水分裂成氢气和氧气是一种很有前途的手段,可以将可再生能源储存在能量密度很高的化学燃料中,其中制备高效的电催化剂成为提高能源转化效率的关键所在[2]。

与电解水的阴极析氢反应(HER)相比较,阳极的析氧反应(OER)具有缓慢的动力学,它的过电位比析氢反应要高[3],并涉及4个电子的转移过程,机理复杂,这是影响实际电解水的主要障碍。

其反应机理在酸性和碱性条件下是不同的。

碱性条件下(OER):M OH-MOH e-MOH OH-MO H2O e-MO OH-MOOH e-MOOH OH-MOO H2O e-MOO→O2 M中性或酸性条件下(OER):H2O M→MOH H e-MOH→MO H e-MO H2O→MOOH H e-MOOH→MOO H e-MOO→O2 M其中M代表金属元素,不管是在酸性条件下还是碱性条件下,在OER过程中都会涉及到中间体MOH,MO,MOOH。

由于三种中间体都是由O与催化剂的活性位点成键,当催化剂表面与氧的结合太弱时,中间体MOH则不易被吸附,当表面与氧结合太强时,中间体MOOH不易形成,并可能阻碍O2的脱附。

因此催化剂表面对氧的吸附不能太强或者太弱,否则会抑制OER[4]。

一个高效的催化剂可以减少中间产物、降低反应能垒,使得反应速率提高和能量消耗减小,RuO2、IrO2等贵金属基是目前公认最好的OER催化剂[5-6]。

许多贵金属可以用于提高OER反应活性,但是其成本高,资源储备有限,循环稳定性差[7]。

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