导电金属有机框架化学物的制备、表征及其储锂行为研究
发布时间：2021-11-19 00:38
2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯（2,3,6,7,10,11-Hexahydroxytriphenylen,HHTP）具有较多的能够与金属离子反应的有效官能团以及较好的物理化学性能,成为近年来备受青睐的一类导电金属有机框架（Conductive MOF）的配体材料。目前,有此类配体制备的导电MOF在电化学储能领域中均表现出优越的电化学行为,但是其在储锂领域的研究依然处于探究阶段。因此,本论文主要选取以HHTP这一有机物为配体的导电MOF为研究目标,采用不同金属离子,不同溶剂,制备了形貌相同的一系列导电MOF,并探究了其在锂离子存储方面的应用潜力和锂离子的存储机制。主要研究内容如下:（1）采用了溶剂热法制备了Cu3（HHTP）2纳米线,其直径约为50 nm,长度约为500nm,将其作为负极材料制备成锂离子电池后进行电化学测试,发现其在200 mA g-1的电流密度下展现出631 mAh g-1的的放电容量,即便在2000 mA g-1的高电流密度下,仍然具有381 mAh...
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)导电MOF近年来的发展趋势，(b)导电MOF的发展历程
济南大学硕士学位论文15(图1.5d)。[57]这种波浪形的层状结构和较大的孔道结构均有利于钠离子的扩散，同时C=O双键和sp2杂化的碳都是合适的储钠位点。图1.5e为Zn-PTCA的恒流充放电曲线，其在第一圈中展示的充放电比容量分别约为918和416mAhg-1。而在其相对应的的非原位XRD图谱中，能够观察到在第一圈的充放电过程中，钠离子脱嵌并不会影响Zn-PTCA的整体结构，但是其所存在的某些峰位变化则为钠离子嵌入提供了依据。而模拟计算恰恰可以验证这一点，如图1.5f所示，C=O双键和苯环能是储存钠离子的稳定活性位点。因此这种3D波浪形层状结构对于钠离子存储是有益的。图1.5(a)Co-HAB的晶体结构，(b)工作电压区间为0.5-3.0V，电流密度为50mAg-1时测得的充放电曲线，(c)Co-HAB的循环性能(200mAg-1时)；[56](d)Zn-PTCA的晶体结构，(e)Zn-PTCA在工作电压区间为0.01-2.0V，电流密度为50mAg-1的条件下的充放电曲线，(f)Zn-PTCA在25mAg-1的电流密度，0.01-2.0V的电压区间下测得的首圈充放电下的原位XRD谱图，(g)Na+嵌入的活性位点的示意图[57]（三）其他电池导电MOF材料还可以作为其他电池的电极材料。锌离子电池(ZBs)也是近阶段快速崛起的一类可充放电池。相对于上述的LIBs和SIBs，ZBs具有更低的毒性，更好的安全性以及较低的成本，且其理论比容量约为820mAhg-1，能够满足社会需要。[58]导
导电金属有机框架化学物的制备、表征及其储锂行为研究18溶液中，在工作电位为±0.37V时展示出的析氢过电势约为-0.15Vvs.RHE(标准氢电极)，已经十分接近于0V，相对应的塔菲尔斜率约为128mVdec-1，有效表明了NiAT作为HER催化剂的优良电化学行为。此外，钴二硫烯催化剂与导电MOF相结合同样可以制备非常活跃的HER催化剂材料。这些材料在超酸性溶液中也能够展示出高的催化剂负载量和显著的稳定性。[71]由此可见，导电MOF在电催化中同样展示出独特的研究价值和巨大的应用潜力。图1.7(a)Ni-HHTP的晶体结构示意图，(b)Ni-HHTP，Fe1Ni4-HHTP，CC，和Ir/C在1mol/L的KOH的电解质中所测得的Tafel曲线，(c)OER在Fe1Ni4-HHTP表面的反应；[66](d)NiAT与NIIT相互转化的反应示意，(e)NiAT/GC，Pt，和GC在0.05mol/L的H2SO4中测得的LSV曲线[70]1.6研究意义和研究内容1.6.1选题目的及意义导电MOF材料近几年来发展较为迅速，这是因为其自身兼备较高的电导率，较大的SSA，较丰富的活性位点以及较大的孔道结构等优势，与其他传统的储能材料如碳材料，金属氧化物材料等相比，更具结构上的优势。而且其在电化学储能领域中的应用愈来愈广，无论是在电催化，还是在可充电电池、ECs中，均展现出优越的电化学行为。但是由于目前对于导电MOF的研究依然处于初级阶段，关于其在储能领域中的储能机制还不明确，因此需要进一步探究。M3(HHTP)2(M=Cu，Ni和Co)是导电MOF材料中颇具代表性的一类。其于2012年，由Yaghi课题组率先制备成功。[6]M3(HHTP)2的结构特点与石墨相似，均为典型的
本文编号：3503926
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)导电MOF近年来的发展趋势，(b)导电MOF的发展历程
济南大学硕士学位论文15(图1.5d)。[57]这种波浪形的层状结构和较大的孔道结构均有利于钠离子的扩散，同时C=O双键和sp2杂化的碳都是合适的储钠位点。图1.5e为Zn-PTCA的恒流充放电曲线，其在第一圈中展示的充放电比容量分别约为918和416mAhg-1。而在其相对应的的非原位XRD图谱中，能够观察到在第一圈的充放电过程中，钠离子脱嵌并不会影响Zn-PTCA的整体结构，但是其所存在的某些峰位变化则为钠离子嵌入提供了依据。而模拟计算恰恰可以验证这一点，如图1.5f所示，C=O双键和苯环能是储存钠离子的稳定活性位点。因此这种3D波浪形层状结构对于钠离子存储是有益的。图1.5(a)Co-HAB的晶体结构，(b)工作电压区间为0.5-3.0V，电流密度为50mAg-1时测得的充放电曲线，(c)Co-HAB的循环性能(200mAg-1时)；[56](d)Zn-PTCA的晶体结构，(e)Zn-PTCA在工作电压区间为0.01-2.0V，电流密度为50mAg-1的条件下的充放电曲线，(f)Zn-PTCA在25mAg-1的电流密度，0.01-2.0V的电压区间下测得的首圈充放电下的原位XRD谱图，(g)Na+嵌入的活性位点的示意图[57]（三）其他电池导电MOF材料还可以作为其他电池的电极材料。锌离子电池(ZBs)也是近阶段快速崛起的一类可充放电池。相对于上述的LIBs和SIBs，ZBs具有更低的毒性，更好的安全性以及较低的成本，且其理论比容量约为820mAhg-1，能够满足社会需要。[58]导
导电金属有机框架化学物的制备、表征及其储锂行为研究18溶液中，在工作电位为±0.37V时展示出的析氢过电势约为-0.15Vvs.RHE(标准氢电极)，已经十分接近于0V，相对应的塔菲尔斜率约为128mVdec-1，有效表明了NiAT作为HER催化剂的优良电化学行为。此外，钴二硫烯催化剂与导电MOF相结合同样可以制备非常活跃的HER催化剂材料。这些材料在超酸性溶液中也能够展示出高的催化剂负载量和显著的稳定性。[71]由此可见，导电MOF在电催化中同样展示出独特的研究价值和巨大的应用潜力。图1.7(a)Ni-HHTP的晶体结构示意图，(b)Ni-HHTP，Fe1Ni4-HHTP，CC，和Ir/C在1mol/L的KOH的电解质中所测得的Tafel曲线，(c)OER在Fe1Ni4-HHTP表面的反应；[66](d)NiAT与NIIT相互转化的反应示意，(e)NiAT/GC，Pt，和GC在0.05mol/L的H2SO4中测得的LSV曲线[70]1.6研究意义和研究内容1.6.1选题目的及意义导电MOF材料近几年来发展较为迅速，这是因为其自身兼备较高的电导率，较大的SSA，较丰富的活性位点以及较大的孔道结构等优势，与其他传统的储能材料如碳材料，金属氧化物材料等相比，更具结构上的优势。而且其在电化学储能领域中的应用愈来愈广，无论是在电催化，还是在可充电电池、ECs中，均展现出优越的电化学行为。但是由于目前对于导电MOF的研究依然处于初级阶段，关于其在储能领域中的储能机制还不明确，因此需要进一步探究。M3(HHTP)2(M=Cu，Ni和Co)是导电MOF材料中颇具代表性的一类。其于2012年，由Yaghi课题组率先制备成功。[6]M3(HHTP)2的结构特点与石墨相似，均为典型的
本文编号：3503926
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