新型金属有机框架及衍生物的吸附性能与超级电容器性能研究
发布时间：2020-11-12 00:01
金属有机框架(MOFs)材料是一种具有多孔性的晶体材料,具有结构有序、孔径可调、比表面积大以及官能团化等特点。多功能的MOFs材料不仅能够实现物质的吸附与分离,并且作为一种新型的电极材料,已经成为人们研究的热点。本论文主要基于3,3’5,5’-氧化偶氮苯四羧酸(H_4AOBTC)和1,4-二(1H-苯并[d]咪唑-1-基)苯(phenDIB)双配体设计合成一种新型的MOF材料,并对其吸附性能进行了研究。此外,我们又通过形貌调控制备了纳米化的MOFs及其衍生物,并研究了它们的超级电容性能。内容包括以下几个方面:我们成功制备出了一种基于H_4AOBTC和phenDIB双配体的新型Zn-MOF单晶[Zn(phenDIB)(AOBTC)_(0.5)](1),具有超强的耐热和耐腐蚀性,甚至在沸水中煮沸12 h仍可以保持完整的骨架。更重要的是它能将混合染料溶液中的阳离子染料成功分离出来,甚至是对具有较大尺寸的罗丹明B分子也有很高的分离效率。此外,这种材料是可以重复使用的,吸附的染料分子能够被完全释放出来并回收利用。分别将L-天冬氨酸(L-Aspartic acid)和对苯二甲酸(H_2BDC)作为配体,采用室温扩散和溶剂热法制备了Cu-Asp配位聚合物(PCP)纳米线和Ni-BDC MOF纳米球,然后将它们作为牺牲模板,通过控制煅烧温度,将PCP/MOF转化为相应的金属氧化物。在KOH溶液中,对PCP/MOF及其衍生物进行了相关的电化学测试。结果表明,Cu-Asp纳米线在电流密度0.6 A g~(-1)情况下,比容量为367 F g~(-1),在1000次连续循环后,比电容剩余率是94%。煅烧后所得CuO纳米管的倍率性能高达77%,且循环性能为96%。此外,双壳层NiO中空纳米球(N400)也展示了高的电荷储存能力以及好的循环稳定性。基于这些优点,我们组装了N400//活性炭(AC)不对称超级电容器(ASC)装置,在375.8 W kg~(-1)的功率密度下,其能量密度为21.4 Wh kg~(-1)。特别是,N400//AC ASC展示了出色的循环稳定性,在3000次循环后,电容保持率仍可达到92.3%。以上结果表明我们用于合成多孔纳米线、纳米管以及纳米球的策略可以制备出具有高储能效果的电极材料。综上所述,本文致力于设计合成新颖的MOFs单晶,并对所合成的一系列MOFs材料及其衍生物进行系统的分析表征,分别探究它们在吸附/分离和超级电容器方面的应用。此外,由MOF导向合成的金属氧化物不仅具有新颖的形貌,而且具有多孔性,为MOFs材料的发展提供了更广阔的应用前景。
【学位单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.4;TM53
【部分图文】：
图1.1.1 MOFs 的组装示意图Fig.1.1.1 Schematic diagram of the assembly of MOFs.s 研究的不断深入，合成 MOFs 的方法也变得比较常用的方法，此外扩散法，微波法，电渐被人们所采用[16, 17]。MOFs 可以在较低多齿的羧酸类或含氮杂环类有机配体与一些位得到。在合成过程中，反应温度，反应时均会对晶体的结构产生影响，但是，最重要的，因为晶体的空间结构主要还是由金属离子刚性配体的 MOFs 相比，一些基于柔性配体行为，会随着外部因素(温度、压力、客体分灵活性促使此类 MOFs 可根据外部条件的改结构的相互转变。在 2014 年，曹荣课题组[18Fs 材料的结构特征，并研究了它们在气体吸
此当 MO 溶液的 pH 值增大时，吸附剂对 MO 分子的吸附量会下降。这一结果进一步说明了 MOF 235 是通过静电引力与染料分子之间发生相互作用的。图1.2.1.1 MOF 235 与MO 和MB 染料分子的静电作用示意图[19]Fig. 1.2.1.1 Schematic illustration of electrostatic interaction between MO and MB dyes and MOF 235.2013 年 ， Wang 等 人[20]报 道 了 一 种 中 性 的 MOF 材 料{[Cu24(5 hip)24(bpy)6(H2O)12]·119DMF} ，被用于吸收三种染料分子亚甲基蓝（MB），甲基橙（MO）和罗丹明 B（(RhB）。结果显示，MB 和 MO 分子能够被完全吸收，而 RhB 分子几乎不被吸收。因为 RhB 分子的尺寸大小已经超过了 MOF 的孔径尺寸，因此不能进入 MOFs 的孔道，从而有助于实现混合染料中不同尺寸染料分子间的分离。图1.2.1.2 NH2 MIL 101 Al 与PNP 通过氢键相互作用的机理图[21]Fig. 1.2.1.2 A mechanism diagram of PNP adsorption on NH2 MIL 101 Al byhydrogen bonding.2014 年
此当 MO 溶液的 pH 值增大时，吸附剂对 MO 分子的吸附量会下降。这一结果进一步说明了 MOF 235 是通过静电引力与染料分子之间发生相互作用的。图1.2.1.1 MOF 235 与MO 和MB 染料分子的静电作用示意图[19]Fig. 1.2.1.1 Schematic illustration of electrostatic interaction between MO and MB dyes and MOF 235.2013 年 ， Wang 等 人[20]报 道 了 一 种 中 性 的 MOF 材 料{[Cu24(5 hip)24(bpy)6(H2O)12]·119DMF} ，被用于吸收三种染料分子亚甲基蓝（MB），甲基橙（MO）和罗丹明 B（(RhB）。结果显示，MB 和 MO 分子能够被完全吸收，而 RhB 分子几乎不被吸收。因为 RhB 分子的尺寸大小已经超过了 MOF 的孔径尺寸，因此不能进入 MOFs 的孔道，从而有助于实现混合染料中不同尺寸染料分子间的分离。图1.2.1.2 NH2 MIL 101 Al 与PNP 通过氢键相互作用的机理图[21]Fig. 1.2.1.2 A mechanism diagram of PNP adsorption on NH2 MIL 101 Al byhydrogen bonding.2014 年
【参考文献】
本文编号：2879942
【学位单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.4;TM53
【部分图文】：
图1.1.1 MOFs 的组装示意图Fig.1.1.1 Schematic diagram of the assembly of MOFs.s 研究的不断深入，合成 MOFs 的方法也变得比较常用的方法，此外扩散法，微波法，电渐被人们所采用[16, 17]。MOFs 可以在较低多齿的羧酸类或含氮杂环类有机配体与一些位得到。在合成过程中，反应温度，反应时均会对晶体的结构产生影响，但是，最重要的，因为晶体的空间结构主要还是由金属离子刚性配体的 MOFs 相比，一些基于柔性配体行为，会随着外部因素(温度、压力、客体分灵活性促使此类 MOFs 可根据外部条件的改结构的相互转变。在 2014 年，曹荣课题组[18Fs 材料的结构特征，并研究了它们在气体吸
此当 MO 溶液的 pH 值增大时，吸附剂对 MO 分子的吸附量会下降。这一结果进一步说明了 MOF 235 是通过静电引力与染料分子之间发生相互作用的。图1.2.1.1 MOF 235 与MO 和MB 染料分子的静电作用示意图[19]Fig. 1.2.1.1 Schematic illustration of electrostatic interaction between MO and MB dyes and MOF 235.2013 年 ， Wang 等 人[20]报 道 了 一 种 中 性 的 MOF 材 料{[Cu24(5 hip)24(bpy)6(H2O)12]·119DMF} ，被用于吸收三种染料分子亚甲基蓝（MB），甲基橙（MO）和罗丹明 B（(RhB）。结果显示，MB 和 MO 分子能够被完全吸收，而 RhB 分子几乎不被吸收。因为 RhB 分子的尺寸大小已经超过了 MOF 的孔径尺寸，因此不能进入 MOFs 的孔道，从而有助于实现混合染料中不同尺寸染料分子间的分离。图1.2.1.2 NH2 MIL 101 Al 与PNP 通过氢键相互作用的机理图[21]Fig. 1.2.1.2 A mechanism diagram of PNP adsorption on NH2 MIL 101 Al byhydrogen bonding.2014 年
此当 MO 溶液的 pH 值增大时，吸附剂对 MO 分子的吸附量会下降。这一结果进一步说明了 MOF 235 是通过静电引力与染料分子之间发生相互作用的。图1.2.1.1 MOF 235 与MO 和MB 染料分子的静电作用示意图[19]Fig. 1.2.1.1 Schematic illustration of electrostatic interaction between MO and MB dyes and MOF 235.2013 年 ， Wang 等 人[20]报 道 了 一 种 中 性 的 MOF 材 料{[Cu24(5 hip)24(bpy)6(H2O)12]·119DMF} ，被用于吸收三种染料分子亚甲基蓝（MB），甲基橙（MO）和罗丹明 B（(RhB）。结果显示，MB 和 MO 分子能够被完全吸收，而 RhB 分子几乎不被吸收。因为 RhB 分子的尺寸大小已经超过了 MOF 的孔径尺寸，因此不能进入 MOFs 的孔道，从而有助于实现混合染料中不同尺寸染料分子间的分离。图1.2.1.2 NH2 MIL 101 Al 与PNP 通过氢键相互作用的机理图[21]Fig. 1.2.1.2 A mechanism diagram of PNP adsorption on NH2 MIL 101 Al byhydrogen bonding.2014 年
【参考文献】
相关期刊论文 前2条
1 王超;苏伟;钟国彬;魏增福;徐凯琪;;超级电容器及其在新能源领域的应用[J];广东电力;2015年12期
2 夏熙,刘洪涛;一种正在迅速发展的贮能装置——超电容器(2)[J];电池工业;2004年04期
本文编号：2879942
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2879942.html
