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无定型态ni-mof纳米片层结构的制备及其超级电容性能研究

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山东化工 2018年第20期47卷 1-4,7页

作者：韩喜盈朱强潘洁茹雷晓萍姜先进杨杰新乡学院化学与化工学院河南新乡453003

作为一种新型层状结构电极材料,ni-mof已逐渐成为超级电容器领域的一个研究热点。本实验采用简单的水热法得到无定型态的ni-mof纳米片层材料,电化学测试表明该材料在电流密度为0. 5 Ag-1时可以展现出870 Fg-1的最大比容量,当电流密度增... 详细信息

作为一种新型层状结构电极材料,ni-mof已逐渐成为超级电容器领域的一个研究热点。本实验采用简单的水热法得到无定型态的ni-mof纳米片层材料,电化学测试表明该材料在电流密度为0. 5 Ag-1时可以展现出870 Fg-1的最大比容量,当电流密度增大至5Ag-1,比容量仍有429 Fg-1,表现出良好的高容量和大倍率性能,但其循环稳定性较差,2 Ag-1下循环1000次后的容量保持率仅为71%。与CNT复合后,ni-mof的循环稳定性得到了明显改善,同样倍率下循环1000次后的容量保持率为85%,同时比容量及倍率性能也得到了大幅提高。ni-mof/CNT复合材料电化学性能的提高主要得益于CNT良好的电子导电能力与ni-mof赝电容储存能力之间的协同作用。该复合材料未来有望成为一种新型赝电容超级电容器电极材料。

关键词： ni-mof CNT 超级电容器电化学复合材料

mofs/SnS2复合材料的制备及其电催化析氢性能研究

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MOFs/SnS2复合材料的制备及其电催化析氢性能研究

作者：吕洪岩哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

能源的枯竭给人们带来了长期的困扰,氢气作为一种新型能源,在未来可能成为主要的能源之一。电催化析氢因具有良好的稳定性、设备简易以及清新无污染等优点而备受瞩目。虽然铂金属具有优异的电催化析氢性能,但资源短缺和昂贵的价格使得... 详细信息

能源的枯竭给人们带来了长期的困扰,氢气作为一种新型能源,在未来可能成为主要的能源之一。电催化析氢因具有良好的稳定性、设备简易以及清新无污染等优点而备受瞩目。虽然铂金属具有优异的电催化析氢性能,但资源短缺和昂贵的价格使得我们必须要寻求可替代的电催化剂。近年来,二硫化锡(SnS)具有独特的层状结构和大的比表面积,且其活性位点可通过相变、与其他物质进行掺杂等进行调控,逐渐进入人们的视野。mofs是由金属离子和有机配体所构成的三维框架材料。由于其比表面积大而暴露更多的活性位点的特点在电催化领域中有着广泛的用途。本文通过水热法制备片状SnS,研究了不同硫源、不同锡源以及p H对电化学析氢性能的影响,利用XRD、SEM和TEM等表征和电化学析氢性能测试。表征结果表明,在以硫代乙酰胺为硫源、乙酸锡(IV)为锡源和加入柠檬酸的条件下制备的SnS(S8-N)具有较高的结晶度且形貌特征较好。电化学性能测试结果表明,S8-N具有较低的过电势(158 m V)、较小的塔菲尔斜率(180m V·dec)、双电层电容为3.58 m F/cm、良好的电催化稳定性和较低的电阻。为了进一步提高SnS的析氢效果,将铜-均苯三甲酸金属有机框架(HKUST-1)、镍-2-甲基咪唑金属有机框架(ni-mof)材料分别与SnS采用搅拌合成和研磨的方法制备HKUST-1/SnS和ni-mof/SnS复合材料。采用XRD、SEM和TEM等方法对两种复合材料进行了表征,并对其进行了电化学析氢性能测试。与纯SnS相比,HKUST-1/SnS和ni-mof/SnS复合材料的电催化析氢性能有所提高,分别具有具有较低的过电势(HKUST-1/SnS:142 m V,ni-mof/SnS:117 m V)、较小的塔菲尔斜率(HKUST-1/SnS:157 m V·dec,ni-mof/SnS:163 m V·dec)、较大的双电层电容(HKUST-1/SnS:8.0 m F/cm,ni-mof/SnS:11.5 m F/cm)、良好的电催化稳定性和较低的电阻。

关键词：电催化析氢 SnS2 HKUST-1 ni-mof

MXene基复合负极材料制备及其电化学性能研究

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MXene基复合负极材料制备及其电化学性能研究

作者：张舰海南热带海洋学院

学位级别：硕士

人类科学和工业日益增长的能源需求亟需高效、清洁的能源储存系统与转换装置。目前,锂离子电池因其高能量/功率密度、长循环寿命以及低自放电成为主流的能量存储系统。然而,随着社会发展,传统的石墨材料较低的理论比容量难以满足人们对... 详细信息

人类科学和工业日益增长的能源需求亟需高效、清洁的能源储存系统与转换装置。目前,锂离子电池因其高能量/功率密度、长循环寿命以及低自放电成为主流的能量存储系统。然而,随着社会发展,传统的石墨材料较低的理论比容量难以满足人们对高性能电池的要求,所以锂离子电池技术正面临着实现更高能量密度与功率输出的挑战。新型的二维材料MXene具有近似金属的能带结构,具有优异的导电性。但MXene的片层容易堆叠,影响了锂离子电池电化学性能的提升。针对上述问题,本文在MXene层间以及片层表面上分别引入椰壳炭、ni-mof材料,通过溶液搅拌、共沉淀、高温热解等方法,构筑了MXene/椰壳炭、mof@MXene复合材料,探讨了复合材料的微观结构以及电化学性能,主要研究内容如下:首先以椰壳为前驱体,采用高温热解法和活化法制备了椰壳活性炭负极材料。考察了活化处理对其结构、形貌以及电化学性能的影响。结果表明:经活化处理的椰壳炭无序化程度高,富含微孔、介孔多孔结构,在0.1 A·g下的首次放电比容量达到918.2 mAh·g,在1 A·g下循环200次后仍有447mAh·g。通过HCl与Li F反应置换出HF对TiAl C进行刻蚀剥离得到层状的TiCTx,探讨了在不同的反应温度及反应时间下材料的形貌、结构以及电化学性能。结果表明:随着刻蚀温度与反应时间的增加,材料被氢氟酸过度刻蚀,颗粒细化严重。通过电化学性能测试,在30℃下反应24 h所得的多层TiC,具有手风琴结构,在0.1 A·g电流密度下,首次放电比容量达1230 mAh·g。通过在去离子水溶液中将MXene与椰壳炭搅拌复合,探讨了不同比例的复合材料结构、形貌以及电化学性能的影响。结果表明,椰壳炭颗粒的进入,附着在MXene片层上,片层中间穿插着部分椰壳炭颗粒,有利于锂离子的传输。通过电化学性能测试,复合比例为1:2的样品具有最佳的电化学性能,在0.1 A·g下的首次放电比容量高达1951.7 mAh·g,在1 A·g下循环200次后仍有800.8 mAh·g。最后,以二维MXene纳米片为基底,通过共沉淀法将ni-mof生长在MXene纳米片表面,随后在氩气氛围下进行高温热处理,探讨了不同温度的ni-mof@MXene复合材料结构、形貌以及电化学性能的影响。结果表明:以二维MXene为基底,引入ni-mof提高了材料的比表面积和孔径分布。电化学测试表明,复合材料ni-mof@MXene-500℃具有最优的电化学性能,在0.1 A·g下,经过200次循环后,放电比容量高达591.6 mAh·g,在5 A·g下,循环500次后,放电比容量仍然有497 mAh·g。

关键词：锂离子电池椰壳炭 MXene ni-mof 电化学性能

镍钴化合物基复合电极材料的制备及超级电容器性能研究

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镍钴化合物基复合电极材料的制备及超级电容器性能研究

作者：逯骏琳东华大学

学位级别：硕士

随着全球能源需求的持续增长以及环境问题的日渐严重,开发一种安全环保、高效稳定的储能设备,在目前人类的生活中显得万分重要。作为电化学储能元件中,一种非常有发展前途的器件,超级电容器已经被广泛应用于各种行业,它们表现出功率密... 详细信息

随着全球能源需求的持续增长以及环境问题的日渐严重,开发一种安全环保、高效稳定的储能设备,在目前人类的生活中显得万分重要。作为电化学储能元件中,一种非常有发展前途的器件,超级电容器已经被广泛应用于各种行业,它们表现出功率密度高、能量密度高、速率能力快、循环寿命长等独特的优点。其中,在超级电容器中,电极材料是十分重要、不可或缺的结构,对超级电容器件的电化学性能及储能机理有着直接的影响,因此,超级电容器的研究重点便出现了:探究新型电极材料及新的复合材料的构成。本文围绕镍钴化合物基的复合材料结构进行研究,通过与其它电极材料复合形成核壳纳米结构,以制备具有优异性能的电极材料,具体的工作内容和研究成果如下:(1)niCoO@ni-mof核壳纳米阵列的制备及电化学性能的研究:通过简单易行的水热法和退火工艺成功制备了niCoO@ni-mof核壳结构。该核壳结构中,横纵交错的niCoO纳米片作为核层形成了相互连接的3D网络,其上展开生长的ni-mof,会使离子间的扩散距离缩短不少,使电解质更容易扩散到电极的内部,niCoO纳米片和ni-mof协同作用构成了紧密的导电网络,加快了电子的传输,获得了更大的比表面积和更多的活性位点,促进电化学性能提高。此外,直接生长niCoO@ni-mof电极材料在泡沫镍上可以避免“死体积”的产生。测试结果也表明,当电流密度为5 m A cm时,niCoO@ni-mof核壳结构表现出较高的面积比电容:4.23 F cm,明显要比ni-mof(电流密度为5 m A cm时,表现的面积比电容为0.24 F cm)和niCoO(电流密度为5 m A cm时,表现的面积比电容为2.25 F cm)电极好,而且相较于niCoO和ni-mof,具有优异的循环稳定性(循环8000圈后容量仍然保持为83.9%)。组装成的非对称超级电容器器件niCoO@ni-mof//AC,功率密度为3.90m W cm的情况下,获得了0.29 m W h cm的较高能量密度。(2)niCoS@niWO核壳纳米阵列的制备及电化学性能的研究:通过水热法和退火处理成功制备了niCoS@niWO核壳纳米结构。该核壳结构中,由于niCoS和niWO的协同作用,它们两个提供了丰富的电子及离子通道和优良的导电性,具有优异的电化学性能。且这些核壳纳米结构之间的开放空间能够支撑起niCoS@niWO复合材料在长期循环过程中的体积胀大,提高了循环稳定性。此外,直接生长niCoS@niWO电极材料在泡沫镍上可以避免“死体积”的产生。测试结果也表明,电流密度为6 m A cm时,niCoS@niWO核壳纳米结构表现出较高的面积比电容为4.59 F cm,明显要比niCoS(电流密度为6 m A cm时,表现的面积比电容为1.33 F cm)和niWO(电流密度为6 m A cm时,表现的面积比电容为1.17 F cm)电极好。组装成的非对称超级电容器器件niCoS@niWO//AC,功率密度为5.77 m W cm的情况下,获得了0.35 m W h cm的较高能量密度。

关键词：镍钴基化合物 ni-mof 钨酸镍超级电容器核壳结构

Fe系mofs@MIPs复合印迹材料的合成及其吸附研究

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Fe系MOFs@MIPs复合印迹材料的合成及其吸附研究

作者：许国强吉首大学

学位级别：硕士

研究和开发新型载体,对于新型分子印迹复合功能材料的研制具有重要价值。本工作分别以铁系金属有机框架材料MIL-101(Fe)、ZIF-67(Co)、ni-mof等为载体,以白藜芦醇、N-亚硝基二乙胺、香叶醇等为模板分子,制备了MIL-101(Fe)-分子印迹复合... 详细信息

研究和开发新型载体,对于新型分子印迹复合功能材料的研制具有重要价值。本工作分别以铁系金属有机框架材料MIL-101(Fe)、ZIF-67(Co)、ni-mof等为载体,以白藜芦醇、N-亚硝基二乙胺、香叶醇等为模板分子,制备了MIL-101(Fe)-分子印迹复合材料、ZIF-67(Co)-分子印迹复合材料及ni-mof-分子印迹复合功能材料。利用红外光谱、扫描电镜以及X射线衍射法对印迹复合材料的表面功能基团、颗粒形状及骨架结构进行了表征,较为系统地研究了这些印迹复合功能材料的吸附动力学、吸附热力学、吸附选择性及固相萃取行为。以MIL-101(Fe)为基质,先通过表面化学修饰,再接枝白藜芦醇印迹聚合物获得一种对白藜芦醇具有高选择吸附能力的新型印迹复合功能材料。利用红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)以及X射线衍射法(XRD)对印迹材料的表面功能基团、颗粒形状及晶体骨架结构进行了表征。研究了该印迹复合材料的吸附动力学、热力学及选择性。结果表明,复合印迹材料的印迹效率达4.577,其对模板的选择因子高达3.695,对白藜芦醇具有较高吸附能力,吸附量为24.9 mg/g。Scatchard分析显示印迹材料表面主要存有两类吸附位点。另外,该印迹材料可重复使用,吸附性能变化不大。以Fe-MIL-101@白藜芦醇印迹复合材料为吸附剂,通过固相萃取法从虎杖粗提物中提取和分离白藜芦醇时,能够较好地分离和富集目标化合物。以N-亚硝基二乙胺为模板分子,ZIF-67(Co)为基质,制备了ZIF-67(Co)-分子印迹复合材料,其印迹效率为2.223。用SEM及FT-IR法表征了该材料的形貌特征、粒径大小及表面化学功能基团,采用XRD衍射法研究了印迹材料的晶体骨架结构。测试了材料的吸附动力学及热力学行为。该分子印迹聚合物对目标物进行等温吸附时,能在60 min左右达到吸附平衡,其对目标物N-亚硝基二乙胺的饱和吸附量为43.7 mg/g。印迹材料对目标物的选择因子相对于类似物分别为1.859和1.766。吸附热力学研究还发现吸附自由能及吸附焓均为负值,表明该吸附为自发的放热吸附过程。以ZIF-67(Co)@N-亚硝基二乙胺印迹复合材料为吸附剂,通过固相萃取法从烟草提取液中分离N-亚硝基二乙胺时,目标化合物均在洗脱阶段被大量富集,可以获得较纯的目标产物。该研究表明ZIF-67(Co)基印迹复合材料在应用于N-亚硝基类化合物时较高的分离富集应用效能。先通过溶剂热法合成镍基金属有机骨架材料ni-mof,表面化学修饰后,再以香叶醇为模板分子,表面接枝制备了ni-mof-香叶醇印迹复合材料。采用SEM、XRD、FTIR法分析该材料的形貌特征、晶体结构及表面化学官能团。考察了该材料的吸附动力学、吸附热力学、等温吸附行为、吸附选择性及重现性,动力学测试结果表明其对香叶醇的吸附在80 min左右达到平衡,298 K下的饱和吸附量为34.9 mg/g,印迹效率为1.834。该印迹聚合物对香叶醇的吸附选择性相对于香茅醇和玫瑰醚,分别为2.261和2.786。此外,热力学分析表明吸附为自发放热吸附过程。重现性研究表明该印迹材料可重复多次使用,而吸附性能改变不大。其具有良好的稳定性。以ni-mof@MIP印迹材料为吸附剂,通过固相萃取从香茅油中提取分离香叶醇时,其能实现对香叶醇的选择性富集和高效分离。

关键词： MIL-101(Fe) ZIF-67(Co) ni-mof 金属有机骨架分子印迹复合材料特异性吸附

ni-或Zn-mofs的制备及催化CO2固定转化合成环状碳酸酯

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Ni-或Zn-MOFs的制备及催化CO2固定转化合成环状碳酸酯

作者：兰健文哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来,CO排放过量问题日趋严重,CO的捕获和利用技术(CCU),即利用大气中的CO作为可循环碳资源合成有高附加价值的化学品受到广泛关注,CO与环氧化物合成环状碳酸酯的反应由于具有100%原子经济性特点,是目前广泛研究的CO利用反应。基于CO... 详细信息

近年来,CO排放过量问题日趋严重,CO的捕获和利用技术(CCU),即利用大气中的CO作为可循环碳资源合成有高附加价值的化学品受到广泛关注,CO与环氧化物合成环状碳酸酯的反应由于具有100%原子经济性特点,是目前广泛研究的CO利用反应。基于CO化学活性低、反应条件苛刻的难点,本文通过溶剂热法制备出两种高活性的多孔mofs催化剂,并应用于环氧化物和CO的催化转化反应。第一种是以硝酸镍作为金属盐,咪唑和羧酸作为有机配体的ni-mof催化剂,通过IR、EA、XRD、XPS、TGA、N2吸附/脱附和CO吸附等手段对其结构及组成进行了详细表征;同时考察了该催化剂对CO与环氧丙烷耦合反应的催化活性,探讨了反应温度、反应时间、助催化剂种类及用量等因素对催化活性的影响,筛选出四丁基溴化铵(TBAB)为最适宜助催化剂,并在最优反应条件下,即120 oC,2 MPa,6 h,碳酸丙烯酯的收率达到97%,且具有良好的催化稳定性及催化普适性。此外,由于氮原子以及微孔结构的存在,该ni-mof对CO也表现出较好的吸附性能,吸附量为59.5 cm3/g。另外以硝酸锌作为金属盐,三聚氰胺(MA)和2-噻吩羧酸(H2tdc)作为配体,通过溶剂热法合成了多孔Zn-mof催化剂,并进行了X-ray单晶、IR、XRD、XPS、TGA、N2吸附/脱附及CO吸附等一系列的相关表征。该Zn-mof材料由于大量氮原子以及微孔结构的存在,对CO的吸附性能极其优异,吸附量达108.9 cm3/g,并且详细探讨了Zn-mof催化剂对CO与环氧丙烷耦合反应的催化活性,考察了反应温度、CO压力、反应时间、助催化剂种类及用量等因素对催化活性的影响。Zn-mof催化剂由于较大的比表面积以及结构中存在的游离氨基、羧基官能团能高效地催化CO和环氧化物转化合成环状碳酸酯,在80 oC,1 MPa,3 h条件下,碳酸丙烯酯的收率和选择性分别为99%和98%,并且可以实现常温条件下的高选择性催化转化,在25 oC,1 MPa条件下反应24 h,碳酸丙烯酯的收率和选择性都达到95%以上。同时,Zn-mof催化剂拥有良好的普适性,对环氧氯丙烷、环氧丁烷、氧化苯乙烯等环氧化物的转化率也能达到90%以上(100 oC条件下),化学及热稳定性良好,催化剂循环三次后结构基本不变,展现出优异的循环稳定性。在实验基础上提出了可能的催化反应机理。

关键词：二氧化碳环氧化物环状碳酸酯 ni-mof Zn-mof

基于ni掺杂多孔碳材料的电化学传感器用于对乙酰氨基酚的检测

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基于Ni掺杂多孔碳材料的电化学传感器用于对乙酰氨基酚的检测

镍基金属有机框架的制备及其混合超级电容器性能的研究

中国化学会第十四届全国电分析化学学术会议

作者：郭琳娜王钎钎郝琳王志王春河北农业大学理学院

对乙酰氨基酚(AP,N-acetyl-p-aminophenol)是一类解热镇痛药。正常剂量的对乙酰氨基酚对人体无副作用,然而摄入过量和长期使用会降低肝脏解毒能力从而引起肝脏疾病和肾损伤。因此开发一种廉价、简单、快速、准确定量检测AP的方法对临床... 详细信息

对乙酰氨基酚(AP,N-acetyl-p-aminophenol)是一类解热镇痛药。正常剂量的对乙酰氨基酚对人体无副作用,然而摄入过量和长期使用会降低肝脏解毒能力从而引起肝脏疾病和肾损伤。因此开发一种廉价、简单、快速、准确定量检测AP的方法对临床诊断及食品安全具有重要意义。本文在400℃(N,5℃/min)条件下采用直接煅烧ni-mof的方法,构建了基于金属镍掺杂的多孔碳纳米材料(ni/C)的电化学传感器,并将其用于AP的检测。ni掺杂的碳纳米微球(ni/C)不仅具有良好的电催化活性和导电性,其介孔结构更有利于AP在电极表面的吸附和催化,从而获得了较宽的线性范围(0.20-53.75μM)和较低的检出限(4.04×10μM)。进一步利用差分脉冲、循环伏安等方法对该传感器检测AP的性能进行了研究,结果表明该传感器具有良好的抗干扰性、稳定性和重现性,并可成功用于人血清和尿液样本的实际测定。

关键词： ni/C微球 ni-mof 电化学传感对乙酰氨基酚

来源： cnki会议评论

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镍基金属有机框架的制备及其混合超级电容器性能的研究

作者：王胜尧哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

金属有机框架(mof)因为其具有高的比表面积、可调节的多孔结构和丰富的氧化还原位点等优势而被广泛地应用在超级电容器领域中。mof的结构可以通过选择金属中心和不同的配体来进行调节。自从石墨烯问世以来,二维材料受到了越来越多的关... 详细信息

金属有机框架(mof)因为其具有高的比表面积、可调节的多孔结构和丰富的氧化还原位点等优势而被广泛地应用在超级电容器领域中。mof的结构可以通过选择金属中心和不同的配体来进行调节。自从石墨烯问世以来,二维材料受到了越来越多的关注。二维结构材料与零维纳米颗粒、一维纳米线和三维结构材料相比,具有较薄的厚度和较大的横向尺寸,其上的活性位点可以充分地暴露出来而非封闭在材料内部,这有助于降低氧化还原反应的能垒,提高材料对电解质离子的捕获能力,从而改善电化学反应的动力学,进而提升材料的电化学性能。本论文将mof材料与二维结构相结合,并依据过渡金属元素镍的低成本、高配位数等优势,引入第二元金属锰设计制备ni Mn基mof材料用于混合电容器中。同时针对ni-mof本征导电性低的问题,通过碳管掺杂、异质结构构建等方式对材料进行结构和功能改性,从而提高了材料的导电性,获得了电化学性能优异的混合电容器器件,具体内容如下:以六水合氯化镍、六水合硝酸锰为镍源和锰源,以对苯二甲酸为配体,泡沫镍为支撑基底,通过简单易行的一步溶剂热法获得了泡沫镍上原位生长的二维双金属mof纳米片结构(2D ni Mn-mof/NF),这种双金属纳米片结构能够发挥二维结构的优势,并且发挥ni、Mn两种元素的协同作用,提高材料的储能性能。在此基础上研究了ni、Mn两种金属元素的原子比例(8:2、6:4、1:1)对电极材料储能性能的影响。结果表明:ni、Mn原子比例为6:4的电极材料(2D ni Mn-mof/NF-64)表现出最佳的性能。其在电流密度为1 A g时比电容值为1827.5 F g,等效串联电阻为1.035Ω,电压窗口达到了0.52 V,同时在10A g电流密度下进行1000圈循环之后电容值保存率为52%。虽然2D ni Mn-mof/NF材料展现出了比较高的电容值,然而其导电性及循环稳定性需要进一步提升。碳纳米管能够提供电荷转移的快速通道,提升电子转移能力,是一种导电性极好的材料。因此,在上述工作的基础上,论文进行了引入多壁碳纳米管来改善材料的导电性和循环稳定性的尝试,并研究了不同碳纳米管加入量(20 mg、30 mg、40 mg)对材料性能的影响。结果表明,加入多壁碳纳米管量为30 mg时材料的电化学性能最佳。并以30-CNT/2D ni Mn-mof/NF为正极,以活性炭为负极组装了混合超级电容器。其在电流密度0.5 A g条件下比电容值可达105.9 F g,并且在功率密度为450 W kg的条件下其能量密度能达到47.7 Wh kg。对ni-mof改性的另一有效途径是构建异质纳米结构。基于ni CoS的良好导电性和赝电容特性,论文将ni CoS与ni-mof结合,通过两种材料的协同作用实现镍基mof材料整体性能的提升。论文通过水热法合成ni CoS阵列结构,并将ni CoS阵列与二维ni-mof纳米片复合获得了具有ni CoS阵列上包覆ni-mof的异质纳米结构(ni CoS@ni-mof)。电化学测试表明,ni CoS@ni-mof在电流密度为5 m A cm的条件下其比电容值可达8.66 F cm(1470 F g),并且在50 m A cm电流密度下进行3000圈循环测试后仍有57%的电容保存率。以ni CoS@ni-mof为正极活性炭为负极组装混合超级电容器,其在383.4 W kg的功率密度下能量密度可达35.9 Wh kg,在3067.1 W kg的高功率密度下仍保持14.7 Wh kg能量密度,展现出了优异的性能。

关键词： ni-mof 2D niMn-mof/NF CNT/2D niMn-mof/NF niCo2S4@ni-mof 二维纳米片混合超级电容器

niCo2O4@mof复合电极材料的可控制备及其超电容储能性能研究

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NiCo2O4@MOF复合电极材料的可控制备及其超电容储能性能研究

作者：李耿浙江理工大学

学位级别：硕士

近年来,便携式电子设备及柔性电子产品发展迅速,催生了对柔性储能设备的需求。超级电容器因其低廉的维护成本、较大的能量密度和功率密度、快速的充放电性能、较长的使用寿命和良好的安全性等,受到了研究者们广泛的关注和期待。本文利... 详细信息

近年来,便携式电子设备及柔性电子产品发展迅速,催生了对柔性储能设备的需求。超级电容器因其低廉的维护成本、较大的能量密度和功率密度、快速的充放电性能、较长的使用寿命和良好的安全性等,受到了研究者们广泛的关注和期待。本文利用金属有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks,mofs）高比表面积、形貌结构可控、以及丰富的氧化还原活性位点等特性,针对其用于超级电容器时导电性和稳定性较差的缺点进行了一系列研究:（1）通过用简单的水热法和热处理实现了线状、大片状和蜂窝片状不同形貌niCo2O4阵列材料在碳布上的可控制备。线状、大片状和蜂窝片状niCo2O4电极材料用作超级电容器电极材料时表现出优异的电化学性能,在2 mA/cm2的电流密度下,质量比容量分别达到54.5、39.0、41.7mAh/g,电流密度达到20mA/cm2时,线状、大片状和蜂窝片状niCo2O4电极材料的容量保持率分别为82.3%、82.1%和73.5%,均表现出良好的倍率性能。在三种形貌的niCo2O4材料电化学性能比较中,niCo2O4纳米线具备最佳的电化学性能。（2）选择碳布上niCo2O4纳米线阵列为基底,通过二次溶剂热法成功实现了 niCo2O4@ni-mof核壳阵列材料在碳布上的可控制备,并系统研究了反应时间及负载量对电极材料电化学性能的影响。得益于其独特的分层核壳结构以及niCo2O4和ni-mof材料间的协同效应,反应时间为12 h的niCo2O4@ni-mof复合电极材料在2mA/cm2的电流密度下,比容量高达208.8mAh/g,电流密度达到20 mA/cm2,容量保持率为68.2%,倍率性能优异。此外,相较于纯ni-mof材料,niCo2O4@ni-mof核壳阵列材料的导电性得到极大的改善。（3）基于niCo2O4@ni-mof复合材料组装得到柔性固态超级电容器,在348.9 W/kg的功率密度下表现出32.6 Wh/kg的能量密度,同时具备极其优异的循环稳定性,经过6000次循环容量基本不发生衰减,此外器件可以在不同弯折角度下稳定工作。组装得到的柔性固态超级电容器成功驱动了电子表工作。

关键词： niCo2O4 ni-mof 可控制备核壳结构超级电容器柔性固态器件