项目名称: 高效锂空气电池用石墨烯/酞菁基MOFs复合空气电极的构建及其性能研究

项目编号: No.21501071

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 栗欢欢

作者单位: 江苏大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 锂空气电池是近年来广为关注的一种超高能量密度的新型电池体系。多孔电极的性能对锂空气电池至关重要。目前多孔电极存在催化效率低、比表面积较小、孔道易堵塞等问题,难以满足需求。本项目拟将具有良好催化活性的酞菁化合物组装到比表面积大的金属有机框架(MOFs)材料上,并与超高导电性的石墨烯复合,构筑多孔石墨烯/酞菁基MOFs复合材料,用于锂空气电池多孔电极。拟采用两种原位复合技术,通过调控其分子组成、孔径、孔结构等,提升其“双功能”催化效率,改善电池的性能。考察原料的组成、配比、pH值、浓度等对复合材料的组成、结构和形貌的影响;分析其催化活性及电化学性能表现,揭示组成、结构和催化活性之间的构效关系;探索其作为多孔阴极的催化机理。本课题旨在探索简易可控的合成石墨烯/酞菁基MOFs复合材料的技术路线,为设计和开发新型高效的多孔空气电极提供理论基础,同时为MOFs的催化研究提供新思路。

中文关键词: 金属有机框架;酞菁;石墨烯;多孔电极;锂空气电池

英文摘要: In recent years, lithium-air battery has received increasing attention as a new battery system for its ultra-high energy density. Performance of porous electrodes is essential for lithium-air battery. However, there are still some problems for porous electrodes up to now, such as low catalytic efficiencies, small specific surface areas and pore clogging during charge/discharge process. Thus, they cannot meet the demand of practical applications. The project intends to assemble phthalocyanine compounds with excellent catalytic activities into metal organic frameworks (MOFs) with large specific surface, and further composited with graphene that has ultra-high conductivity, to build porous graphene/phthalocyanine-based MOFs composite electrodes for lithium-air battery. Two kinds of in-situ technologies will be used for preparing the composites. The molecular compositions, pore sizes and structures of the composites will be controlled to enhance their bifunctional catalytic efficiencies, and to further improve their electrochemical performance. The effect of the compositions and ratios of raw materials, the pH, and concentrations on the compositions, structures and morphologies of composites will be discussed. The catalytic activity and electrochemical performance of the composites will be analyzed to investigate the relationship between the compositions, structures and catalytic activities. The catalytic mechanism of the composites as porous electrodes will be systematically summarized. The project aims to explore facile and controllable ways for synthesizing graphene/phthalocyanine-based MOFs composites, to provide a theoretical basis for the design and development of new and efficient porous air electrodes, and to give new thoughts for the catalytic properties of MOFs.

英文关键词: Metal-Organic Frameworks;Phthalocyanine;Graphene;Porous electrode;Lithium-air batteries

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