MOFs/导电聚合物复合材料制备及其电化学特性研究
发布时间：2021-01-08 22:17
金属有机骨架化合物（MOFs）是一种具有网状结构的多孔材料,具有丰富的氧化还原活性位点,这些特性决定它具有极大的理论电化学容量。但是MOFs自身导电性、稳定性差制约了它在储能领域的应用。本文在获得稳定的MOFs材料（NiBTC）的基础上,采用复合导电聚合物的方式来改善MOFs的导电性,从而为MOFs应用于电化学储能材料提供实验和理论参考。主要研究工作如下:（1）通过水热法可控制备Ni-BTC材料,研究了水热反应时间等工艺参数对制备的Ni-BTC性能的影响。研究结果表明,随水热时间的增加,获得的Ni-BTC的比容量在18 h最大。扫描电镜（SEM）、吸附等温（BET）表征结果表明,水热反应过程中,首先生成大量的Ni-BTC颗粒,然后随着水热时间继续增加,Ni-BTC主体结构会发生坍塌。电化学研究表明,水热18 h制备的Ni-BTC比容量为677.59F/g（1A/g）,库伦效率为82%。进一步研究发现,环境湿度对Ni-BTC的电化学稳定性有一定影响,EDS、XRD测试表明水分子吸附于Ni-BTC的表面,造成材料比表面积下降,容量降低到410 F/g（1 A/g）,倍率性能及库伦效率均有一...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MOFs材料结构示意图[16]
第一章绪论31.3导电聚合物简介导电聚合物是一类具有导电性的高分子材料，它常常被用作超级电容器的电极材料。与活性炭和过渡金属氧化物相比，它具有充放电时间短、环境友好等优点。导电聚合物的高导电性来源于它的电化学或者化学掺杂，这是由于导电聚合物具有共轭π键，可通过“掺杂”引入的一对阴离子（p型掺杂）或者阳离子（n型掺杂）来使其具有半导体或者导体特性。另外，导电聚合物的可塑性比较强，密度也比较小，因此导电聚合物在柔性超级电容器和传感器领域得到了广泛的研究。图1-2导电聚合物合成示意图[35]在电化学领域，导电聚合物主要是作为赝电容的电极材料，其通过π共轭聚合链上的快速掺杂与脱掺杂来产生法拉第电容。根据导电聚合物的分子结构，可以将导电聚合物分为复合型导电聚合物和本征型导电聚合物，本征型导电聚合物是聚合物本身经过化学掺杂或者电化学掺杂具有导电性，而复合型导电聚合物是将聚合物与导电性物质进行复合后才具有导电性。根据其导电机理的不同又可分为：电子导电聚合物和离子导电聚合物[17-19]，电子导电聚合物的载流子是自由电子或者空穴，离子型导电聚合物的载流子是正负离子。其中电子导电聚合物是本征型导电聚合物中种类最多、研究最早的一类导电材料，而超级电容器使用的导电聚合物大多数都属于这一种,其中包括聚吡咯，聚噻吩和聚苯胺。因此我们这里重点介绍本征型电子导电聚合物材料的制备方法。电子导电聚合物的合成关键点在于形成共轭结构，导电聚合物的制备方法包括化学聚合和电化学聚合两大类，化学聚合方法分为直接法和间接法[20]。如图1-2所示，直接法是利用氧化剂直接引发单体聚合，生成导电高分子，同时进行共轭链上的掺杂。直接法的优点是工艺简单，条件可控，缺点则是需要特定
第一章绪论7料是金属有机框架材料Ni-BTC和导电聚合物PEDOT。PEDOT具有导电性好，化学稳定性强的优点。因此，若将Ni-BTC与PEDOT复合，最后得到的复合材料可能同时具有它们两者的优点。将这种复合材料作为超级电容器电极材料，会增加超级电容器的储能密度。图1-3双电层电容器工作原理图[45]1.5.2本文主要研究内容本论文实验内容主要包含以下几个方面：（1）通过水热法制备了MOFs电极材料Ni-BTC，对Ni-BTC的形貌，结构和电化学性能进行表征。控制水热时间，做一组梯度实验，将不同水热时间生成的Ni-BTC做对比研究，探究水热时间对Ni-BTC电化学性能的影响。然后将Ni-BTC放置一段时间后，测量它的电化学性能，探究它的电化学稳定性。最后组装柔性超级电容器。（2）对Ni-BTC进行改性，具体步骤是在Ni-BTC的制备过程中，加入疏水性材料，测试分析疏水性材料对它性能的影响。重点在于疏水性材料是否可以使Ni-BTC避免被水分子吸附，增强Ni-BTC的电化学稳定性。最后将改性后的Ni-BTC作活性材料，制备了柔性超级电容器。（3）利用液相复合的方法复合制备了Ni-BTC/PEDOT复合材料，对复合材料的微观形貌，分子组成进行了表征，最后研究了复合比例等工艺参数对其电化学性能的影响。最后将复合材料作为电极活性材料，制备了柔性超级电容器。
本文编号：2965403
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MOFs材料结构示意图[16]
第一章绪论31.3导电聚合物简介导电聚合物是一类具有导电性的高分子材料，它常常被用作超级电容器的电极材料。与活性炭和过渡金属氧化物相比，它具有充放电时间短、环境友好等优点。导电聚合物的高导电性来源于它的电化学或者化学掺杂，这是由于导电聚合物具有共轭π键，可通过“掺杂”引入的一对阴离子（p型掺杂）或者阳离子（n型掺杂）来使其具有半导体或者导体特性。另外，导电聚合物的可塑性比较强，密度也比较小，因此导电聚合物在柔性超级电容器和传感器领域得到了广泛的研究。图1-2导电聚合物合成示意图[35]在电化学领域，导电聚合物主要是作为赝电容的电极材料，其通过π共轭聚合链上的快速掺杂与脱掺杂来产生法拉第电容。根据导电聚合物的分子结构，可以将导电聚合物分为复合型导电聚合物和本征型导电聚合物，本征型导电聚合物是聚合物本身经过化学掺杂或者电化学掺杂具有导电性，而复合型导电聚合物是将聚合物与导电性物质进行复合后才具有导电性。根据其导电机理的不同又可分为：电子导电聚合物和离子导电聚合物[17-19]，电子导电聚合物的载流子是自由电子或者空穴，离子型导电聚合物的载流子是正负离子。其中电子导电聚合物是本征型导电聚合物中种类最多、研究最早的一类导电材料，而超级电容器使用的导电聚合物大多数都属于这一种,其中包括聚吡咯，聚噻吩和聚苯胺。因此我们这里重点介绍本征型电子导电聚合物材料的制备方法。电子导电聚合物的合成关键点在于形成共轭结构，导电聚合物的制备方法包括化学聚合和电化学聚合两大类，化学聚合方法分为直接法和间接法[20]。如图1-2所示，直接法是利用氧化剂直接引发单体聚合，生成导电高分子，同时进行共轭链上的掺杂。直接法的优点是工艺简单，条件可控，缺点则是需要特定
第一章绪论7料是金属有机框架材料Ni-BTC和导电聚合物PEDOT。PEDOT具有导电性好，化学稳定性强的优点。因此，若将Ni-BTC与PEDOT复合，最后得到的复合材料可能同时具有它们两者的优点。将这种复合材料作为超级电容器电极材料，会增加超级电容器的储能密度。图1-3双电层电容器工作原理图[45]1.5.2本文主要研究内容本论文实验内容主要包含以下几个方面：（1）通过水热法制备了MOFs电极材料Ni-BTC，对Ni-BTC的形貌，结构和电化学性能进行表征。控制水热时间，做一组梯度实验，将不同水热时间生成的Ni-BTC做对比研究，探究水热时间对Ni-BTC电化学性能的影响。然后将Ni-BTC放置一段时间后，测量它的电化学性能，探究它的电化学稳定性。最后组装柔性超级电容器。（2）对Ni-BTC进行改性，具体步骤是在Ni-BTC的制备过程中，加入疏水性材料，测试分析疏水性材料对它性能的影响。重点在于疏水性材料是否可以使Ni-BTC避免被水分子吸附，增强Ni-BTC的电化学稳定性。最后将改性后的Ni-BTC作活性材料，制备了柔性超级电容器。（3）利用液相复合的方法复合制备了Ni-BTC/PEDOT复合材料，对复合材料的微观形貌，分子组成进行了表征，最后研究了复合比例等工艺参数对其电化学性能的影响。最后将复合材料作为电极活性材料，制备了柔性超级电容器。
本文编号：2965403
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