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碳布生长二维MOFs用于柔性超级电容器

碳布生长二维MOFs用于柔性超级电容器

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作者：田欣雨南京邮电大学

学位级别：硕士

柔性超级电容器具有循环寿命长、功率密度高、柔韧性好等优点,在便携式、可穿戴电子产品中被广泛应用,具有广阔的前景。二维金属-有机框架(MOFs)材料因其具有比表面积高、活性位点丰富、较短的离子传输路径等特点,吸引了众多研究人员的... 详细信息

柔性超级电容器具有循环寿命长、功率密度高、柔韧性好等优点,在便携式、可穿戴电子产品中被广泛应用,具有广阔的前景。二维金属-有机框架(MOFs)材料因其具有比表面积高、活性位点丰富、较短的离子传输路径等特点,吸引了众多研究人员的目光。本文以水热/溶剂热法为基础,在碳布表面成功制备了二维MOFs纳米片,研究其微观形貌、结构及电化学性能,并将该材料用作柔性对称超级电容器的电极。论文的主要研究思路和结果如下:1.以2,6-萘二羧酸为配体,通过一步溶剂热法在碳布表面制备了二维Co-MOF纳米片,并探究反应温度和反应时间对材料形貌和电化学性能的影响。制备的Co-MOF纳米片形貌规整、分布均匀。电化学实验结果表明:当反应温度为160℃、反应时间为12 h的Co-MOF/CC的电化学性能更优。三电极测试体系中,当电流密度为1 m A·cm时,其面积比电容为174.1m F·cm,在10 m A·cm的电流密度下经过2000次循环后电容保持率为82.3%。以Co-MOF/CC为电极材料,组装成对称超级电容器,经过4000次循环后容量保持率为88.3%,表现出良好的循环稳定性。该对称超级电容器可以弯折180°,在45°的弯曲角度下弯折200次后电容保持率为98.5%,表明该对称超级电容器具有优异的柔韧性。2.通过水热法在碳布表面生成二维Ni、Mn层状双氢氧化物,利用溶剂热法将其转化为二维Ni Mn-MOF,形貌保持良好。探究了不同Ni、Mn原子比、反应温度和反应时间对材料形貌、结构及性能的影响。当Ni、Mn原子比为9:1、反应温度为120℃、反应时间为12 h时,Ni Mn-MOF/CC电极的电化学性能最佳。在电流密度为1 m A·cm时,该电极的面积比电容高达4007.5 m F·cm,且具有良好的循环稳定性。将该电极应用于柔性对称超级电容器中,该柔性对称超级电容器可弯折180°,且在10 m A·cm的电流密度下进行5000次循环电容保持率为83.6%,显示出良好的循环稳定性和柔韧性。

关键词：钴金属-有机框架镍锰金属-有机框架柔性超级电容器二维纳米片碳布

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