RuO 2 、MnO 2 和茜素/ZIF-8衍生多孔碳复合材料的制备及其超电容性能研究

发布时间：2021-04-28 16:14

　　超级电容器由于具有较高的功率密度、长的循环寿命以及使用温度范围宽等优点,已被广泛使用于很多领域,但其较低的能量密度仍不能满足部分对于能量密度有着较高要求的储能设备。目前,在保证超级电容器固有的高功率密度和长循环寿命的基础上,进一步提高它的能量密度是研究的重点。近年来,金属有机框架结构（MOFs）由于其高孔隙率、高比表面积、孔径可调控等优点,在多个研究领域倍受关注。作为一种多孔材料,MOFs具有开放的孔道结构,这在电化学过程中为电解液离子的传输提供了得天独厚的条件,因此,它也被认为是合成多孔碳材料的理想模板之一。在本论文中,我们以沸石咪唑类MOFs—ZIF-8作为碳前驱体,制备了多孔碳材料,然后以其作为导电基底,在表面生长金属氧化物,或通过非共价功能化将有机小分子修饰在其表面,制备了一系列复合电极材料,并通过物理和化学测试的手段对材料的性能进行了详细的表征。同时,对复合电极材料进行了合理匹配,设计组装了对称型和非对称型超级电容器,通过电化学的方法对材料的实际储能性能进行了研究,主要内容如下:1.通过传统的方法合成了一种具有沸石类孔状结构的金属有机框架化合物ZIF-8,然后以ZIF-8晶体... 

【文章来源】：西北师范大学甘肃省

【文章页数】：103 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 超级电容器
        1.2.1 超级电容器的分类
            1.2.1.1 双电层电容器
            1.2.1.2 赝电容电容器
    1.3 超级电容器的电极材料
        1.3.1 碳材料
            1.3.1.1 活性炭
            1.3.1.2 石墨烯
            1.3.1.3 碳纳米管
            1.3.1.4 碳布
        1.3.2 金属有机框架
            1.3.2.1 纯MOFs电极材料
            1.3.2.2 MOFs衍生的金属氧化物
            1.3.2.3 MOFs衍生的碳材料
        1.3.3 金属氧化物材料
            1.3.3.1 氧化钌
            1.3.3.2 二氧化锰
        1.3.4 电活性有机小分子
    1.4 电容器测试方法
        1.4.1 循环伏安测试
        1.4.2 恒电流充放电测试
        1.4.3 电化学交流阻抗测试
    1.5 论文选题思路及主要研究内容
    参考文献
第二章 金属有机框架(ZIF-8)衍生的多孔碳材料/氧化钌复合材料的制备及其在超级电容器中的应用
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 化学试剂及仪器
        2.2.2 样品的制备
            2.2.2.1 ZIF-8 的制备
            2.2.2.2 多孔碳材料的制备
            2.2.2.3 复合材料的制备
        2.2.3 表征方法
            2.2.3.1 物理表征
            2.2.3.2 电化学表征
            2.2.3.3 计算公式
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 物理表征
            2.3.1.1 形貌表征
            2.3.1.2 XRD分析
            2.3.1.3 Raman分析
            2.3.1.4 XPS分析
            2.3.1.5 BET分析
            2.3.1.6 TG分析
        2.3.2 电化学性能
            2.3.2.1 三电极体系
            2.3.2.2 二电极体系
    2.4 本章小结
    参考文献
第三章 金属有机框架(ZIF-8)衍生的多孔碳材料/MnO_2复合材料的制备及其在超级电容器中的应用
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 化学试剂及仪器设备
        3.2.2 MnO_2/PCs复合材料的制备
        3.2.3 表征方法
            3.2.3.1 物理表征
            3.2.3.2 电化学表征
            3.2.3.3 计算公式
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 物理表征
            3.3.1.1 形貌表征
            3.3.1.2 XRD测试
            3.3.1.3 Raman测试
            3.3.1.4 BET测试
        3.3.2 电化学表征
            3.3.2.1 循环伏安测试
            3.3.2.2 恒电流充放电测试
            3.3.2.3 交流阻抗测试
            3.3.2.4 循环稳定性测试
        3.3.3 非对称型超级电容器的电化学表征
            3.3.3.1 循环伏安测试
            3.3.3.2 恒电流充放电测试
            3.3.3.3 能量密度与功率密度
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 茜素非共价功能化ZIF-8 衍生的多孔碳复合材料的制备及其在对称型超级电容器中的应用
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 化学试剂与仪器
        4.2.2 AZ/PCs复合材料的制备
        4.2.3 表征方法
            4.2.3.1 物理表征
            4.2.3.2 电化学表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 物理表征
            4.3.1.1 形貌分析
            4.3.1.2 XRD分析
            4.3.1.3 FT-IR分析
            4.3.1.4 Raman分析
            4.3.1.5 BET分析
        4.3.2 电化学表征
            4.3.2.1 循环伏安测试
            4.3.2.2 恒电流充放电测试
            4.3.2.3 电极表面动力学分析
        4.3.3 对称型超级电容器的性能
    4.4 本章小结
    参考文献
结论与展望
硕士期间发表的论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Synthesis of MnO2/N-doped ultramicroporous carbon nanospheres for high-performance supercapacitor electrodes[J]. Wen-Jing Lu,Shi-Ze Huang,Ling Miao,Ming-Xian Liu,Da-Zhang Zhu,Liang-Chun Li,Hui Duan,Zi-Jie Xu,Li-Hua Gan.  Chinese Chemical Letters. 2017(06)
[2]A review of negative electrode materials for electrochemical supercapacitors[J]. LU XueFeng,LI GaoRen,TONG YeXiang.  Science China（Technological Sciences）. 2015(11)
[3]Tert-butylhydroquinone-decorated graphene nanosheets and their enhanced capacitive behaviors[J]. WANG HuanWen,WU HongYing,CHANG YanQin,CHEN YanLi & HU ZhongAi Key Laboratory of Eco-Environment-Related Polymer Materials of Ministry of Education,Key Laboratory of Polymer Materials of Gansu Province,College of Chemistry and Chemical Engineering,Northwest Normal University,Lanzhou 730070,China.  Chinese Science Bulletin. 2011(20)
[4]新型能源器件——超级电容器研究发展最新动态[J]. 钟海云,李荐,戴艳阳,李庆奎.  电源技术. 2001(05)

硕士论文
[1]钴、镍氢氧化物及其氧化物的电沉积制备与电化学电容性能研究[D]. 付国瑞.西北师范大学 2010



本文编号：3165783