清洁能源化学与材料实验室知识库

      多孔材料因在气体存储、分离、催化等领域表现出来的优异性能而受到众多研究人员的广泛关注，目前对该类材料的研究主要以金属有机骨架多孔材料（MOFs）和共价有机框架多孔材料（COFs）为主。这两类材料属于多孔材料领域中一类相对新型的功能材料，由于其结构的多样性、可设计性、可裁剪性以及超高的比表面积故有望在很多领域展现其潜在的应用前景。本论文以MOFs和COFs为研究对象，系统的探索了以MOFs为主体构筑的复合材料的电子自旋特性和以COFs为模板制备的催化剂在电解水方面的应用。具体内容如下：

      1.将自旋活性的富勒烯氮氧自由基分子（fulleropyrrolidinenitroxideradical）嵌入尺寸和构型完全不同的两种金属有机骨架多孔材料（MOF-177和MIL-53）的孔道内，形成各自独特的自旋体系。变温电子顺磁共振波谱（ESR）证实客体分子在MOF-177的孔道内定向排列，导致体系呈现出独特的磁晶各向异性；但是富勒烯氮氧自由基分子在MIL-53的一维孔道内却出现了团聚的状况，最终使得MIL-53的主客体复合体系在变温电子顺磁共振波谱中并没有呈现出明显的顺磁特性差异；理论模拟的结果也能够与变温ESR谱图很好地吻合。综上所述，这种三维有序自旋阵列为顺磁特性富勒烯在量子计算方面的应用奠定了基础。

      2.本论文首次利用微量金属Co掺杂的聚合物网络骨架作为模板，通过原位聚合的方式在该模板上成功进行了杂原子N、P、S的共掺杂，最终采用在惰性气体环境下煅烧的方式制备得到了在碱性环境中具有优异性能的电解水析氧催化剂。电镜结果显示Co掺杂的催化剂由纳米片层结构构成，这种形貌特征有利于催化活性位点的暴露；Raman和XPS揭示了催化活性的机理，在碱性介质中，Co-N和Co-O键的形成能够促进催化剂在OER过程的活性。电化学测试结果表明催化剂在1.0MKOH水溶液中具有优异的催化活性，并且稳定性很好。这些结果均使我们确信Co掺杂的杂原子催化剂CoCN@PZS-450 ℃或许可以成为替换贵金属催化剂的一种有效非贵金属催化剂。