MOF衍生过渡金属硫化物的制备及其超级电容器性能的研究

发布时间：2021-02-05 00:16

　　超级电容器因其具有功率密度高、充放电速度快、维护成本低、循环寿命长等优点,成为近年来研究的热点能源存储设备。电极材料对超级电容器有着至关重要的作用,因此开发具有优异电化学性能的电极材料具有重要意义。金属有机骨架（MOFs）是由金属离子和有机配体组成的周期性多孔结构,是构建多功能无机材料的优异前驱体。这些MOF衍生物具有高孔隙率、高比表面积、充足的电化学活性位点等优点,成为高性能电极材料的理想选择。本文针对MOF衍生过渡金属硫化物做了以下两方面工作:首先,以ZIF-67为前驱体,采用溶剂热的方法成功制备了中空Co-Ni-S纳米笼材料,并采用SEM、XRD分别对材料进行了形貌和结构表征,电化学测试表明该材料具有优良的电化学性能,在1 A g-1电流密度下,质量比电容为941 F g-1,1000次循环测试后电容保持率为72.8%。其次,采用ZIF-L-Co纳米楔阵列ZIF-L-Co-NWAs（nanowedge arrays）为前驱体,进行硫化和刻蚀制备了空心Co-Ni-S NWAs。溶剂热时间对形貌结构的影响结果表明实心ZIF-L-Co纳米楔内部以更快地速度刻蚀致使空心Co-Ni-S纳米... 

【文章来源】：哈尔滨师范大学黑龙江省

【文章页数】：44 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

(a-c)ZIF-67前驱体的不同放大倍数下的SEM图像和(d)XRD图谱

哈尔滨师范大学硕士学位论文8图2-2(a，b)e-ZIF-67-2和(c，d)Co-Ni-S-2的SEM图像。Fig.2-2(a，b)SEMimagesofe-ZIF-67-2,(c，d)SEMimagesofCo-Ni-S-2.图2-3与2-2比较可以发现刻蚀2h后再硫化样品Co-Ni-S-2具有空心、薄壁和表面很多纳米片的形貌特征，这也暗示了Co-Ni-S-2将具有最优的电化学性能。图2-3(a，e)e-ZIF-67-0.25和Co-Ni-S-0.25的SEM图像，(b，f)e-ZIF-67-0.5和Co-Ni-S-0.5的SEM图像，(c，g)e-ZIF-67-1和Co-Ni-S-1的SEM图像，(d，h)e-ZIF-67-6和Co-Ni-S-6的SEM图像。Fig.2-3(a，e)SEMimagesofe-ZIF-67-0.25andCo-Ni-S-0.25,(b，f)SEMimagesofe-ZIF-67-0.5andCo-Ni-S-0.5,(c,g)imagesofe-ZIF-67-1andCo-Ni-S-1,(d，h)SEMimagesofe-ZIF-67-6andCo-Ni-S-6.通过XRD测试分析了Co-Ni-S-2的晶相结构。如图2-4所示，在XRD图谱中可以得知，20o左右的馒头峰，为无定型碳的衍射峰。其他衍射峰分别与NiS（JCPDFno.65-395）和Co9S8（JCPDFno.2-1459）的衍射峰相对应。这表明成功合成了NiS/Co9S8复合材料。

第2章中空Co-Ni-S纳米笼的制备及超级电容器性能的分析9图2-4Co-Ni-S-2的XRD图谱。Fig.2-4XRDpatternofCo-Ni-S-2.由图2-5可以看出，腐蚀时间由0.25h增加至2h。复合材料所对应的衍射峰逐渐增强，说明样品的结晶性变强。在54.94o的衍射峰属于另一种相的NiS（JCPDFno.2-693），只有腐蚀时间为2h时，该峰最弱。这也说明Co-Ni-S-2中NiS相含量最少。图2-5Co-Ni-S-n的XRD图谱Fig.2-5XRDpatternofCo-Ni-S-n2.2.2材料的电化学测试及分析为了研究样品的电化学性能，Co-Ni-S-n在三电极系统中进行电化学测试。图2-6a为Co-Ni-S-n在70mVs-1的扫描速度下的CV曲线，由图可以看出五个电极CV曲线都表现出一对明确的氧化还原峰，表明电极材料的电荷储能主要受法拉第可逆反应控制。并且Co-Ni-S-2的CV曲线积分面积最大，这表明相比其他4个样品具有更大的电容值。图2-6b为Co-Ni-S-n在1Ag-1电流密度下的GCD曲线，图中Co-Ni-S-2的放电时间最长，证明其在五个样品中具有最大的电容，这一结论与CV结果相同。曲线2-6c为Co-Ni-S-2电极在2~100mVs-1扫速下的CV曲线，由图可以看出所有的CV曲线都具有高度对称的阴极峰和阳极峰，表明电极发生的法拉第反应具有良好的可逆性。图2-6d为Co-Ni-S-2材料在不同电流密度下的GCD


本文编号：3019162