摘要
现代社会的飞速发展对高效能源供应提出了新的要求。因而基于可再生能源开发清洁、安全和可持续的能源存储和转换技术至关重要。在各种新技术中，通过转换或存储能量的电化学方法，例如电催化析氢反应和超级电容器，被视为其中有效的方法。作为高度有序的配位聚合物，金属有机骨架（MOF）作为金属离子和有机连接基的自组装体。由于其独特的特性，例如纳米级和可调节的厚度，高纵横比，大表面积，更多可访问的活性位点，良好的机械柔韧性和光学透明性，因此被广泛研究用于电化学能量存储和电催化。本论文以2DNi-ZIF为模板制备了形貌和结构可控的复合材料，并对材料进行了电化学性能研究。主要研究内容如下： （1）创新地进行了基于晶体生长动力学的优化溶剂热反应，以自下而上法合成具有超薄形貌，更有序的晶体结构，丰富的扩散通道和足够的开放空间的Ni-ZIF纳米片。因此可以显着地改善活性位点并可以加快电解质离子和电子的转移速率以及反应动力学。凭借这些非凡的特性，制备的Ni-ZIF电极具有出色的比电容（在1Ag-1的电流密度下的比容量为1293Fg-1）。更重要的是，通过直接使用优化的Ni-ZIF电极作为正极，实现了具有出色的能量密度（83Whkg-1）和功率密度（3750Wkg-1）的ASC器件。因此，我们相信这项研究为MOF结构和晶体取向的优化提供了新思路。由于其自身的缺陷，该电极材料表现出较差的倍率性能，通过与高导电性材料复合结合起来将是我们未来工作的方向。 （2）为了进一步克服带有添加剂/粘合剂的电极的不足用于超级电容器的Ni-ZIF结构，通过溶剂热反应在碳布上原位生长了超薄的Ni-ZIF纳米片阵列。超薄的Ni-ZIF纳米片阵列结构可以暴露更多的活性位点，提供丰富的扩散通道并缓冲超级电容器充放电过程中由相变引起的应力。通过使碳布上的纳米片完全来自原位生长，这将降低超薄Ni-ZIF纳米片的内阻，并提高电子转移的效率和动力学。凭借这些非凡的特性，电化学结果证实了立式阵列结构的合理性，复合材料的比电容有明显的提高，从491Fg-1提高到1153Fg-1。更令人印象深刻的是，组装后的不对称超级电容器（ASC）基于水性电解质中的互补电势窗口，该设备可以在0–1.8V的工作电压范围内工作，并具有出色的能量密度97.5Whkg-1（900Wkg-1），功率密度4500Wkg-1（11.9Whkg-1）和高稳定性（5000次循环后电容的保持率为85％）。 （3）开发了一种碱蚀刻策略来制造富缺陷的AgNWs-Ni-ZIF核壳纳米结构用于整合阳极甲醇氧化和阴极HER。由于开放的不饱和金属位点和独特的结构，所得的D-AgNWs-Ni-ZIF表现出高的电催化活性和良好的耐久性，可在阳极上将甲醇高度选择性地转化为高附加值的甲酸，仅需要1.313V（vsRHE）的小电位即可达到10mAcm-2的电流密度，比OER低了将近200mV。表明甲醇提质工艺取代了缓慢的OER，大大提高了H2的产量，并降低了生产清洁能源所需要的能耗。这项工作为电化学生产氢气和甲酸开辟了一条经济而高效的途径，并为利用非贵金属电催化剂进行小有机分子的电催化转化提供了非常有希望的例子。
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