MnO 2 -MOFs衍生复合材料的制备及其电化学性能研究

发布时间：2022-10-04 16:07

　　超级电容器因其功率密度高、循环寿命长且能够快速充放电等特性而被广泛的研究和应用。而其性能主要取决于它们的电极的效率和活性,因此,开发具有良好结构的电极材料是非常必要的,它能充分利用材料各组分来进行有效的氧化还原过程。金属有机骨架（MOFs）衍生的碳由于其可设计的孔结构、高比表面积、相对良好的电导率和较高的机械稳定性而成为电极材料理想选择。本文以ZIF-8为前驱体制备中空氮掺杂碳材料,结合MnO₂和碳材料的各自优势,设计并制备了一系列MnO₂/碳复合电极材料,对其结构和电化学性能进行研究。主要研究内容如下:（1）以ZIF-8为前驱体,单宁酸作为蚀刻剂,采用化学刻蚀和热解法制备了空心氮掺杂碳（HNC）。通过调节初始的ZIF-8的形貌结构制得了菱形十二面体中空氮掺杂碳（RDHNC）和立方体中空氮掺杂碳（CHNC）。所合成的碳材料具有明显的空腔结构并且很大程度上保持了初始ZIF-8的形貌特征。所制得的碳材料具有大的表面积、宽的孔径分布以及氮杂原子的掺杂,这为制备复合材料提供了基础。（2）以空心立方体碳CHNC作为MnO₂外壳的支... 

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 超级电容器
        1.2.1 超级电容器概述
        1.2.2 超级电容器的分类及储能机理
        1.2.3 超级电容器的电极材料
    1.3 金属有机框架材料(MOFs)
        1.3.1 MOFs概述
        1.3.2 MOFs在超级电容器领域的应用
    1.4 二氧化锰
        1.4.1 二氧化锰的结构和储电机理
        1.4.2 基于二氧化锰电极材料的研究进展
            1.4.2.1 二氧化锰电极材料的研究进展
            1.4.2.1 二氧化锰复合电极材料的研究进展
    1.5 本论文的研究目的、意义及内容
第2章 实验方法与设备
    2.1 试剂与设备
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 材料物理性能表征方法
        2.2.1 X射线衍射（XRD）
        2.2.2 扫描电子显微镜（SEM）
        2.2.3 透射电子显微镜（TEM）
        2.2.4 氮气的吸附-脱附（BET）
        2.2.5 X射线光电子能谱（XPS）
        2.2.6 拉曼光谱分析
    2.3 材料电化学性能表征
        2.3.1 循环伏安性能测试（CV）
        2.3.2 恒电流充放电（GCD）
        2.3.3 交流阻抗测试（EIS）
        2.3.4 循环寿命测试
第3章 MOFs衍生中空氮掺杂碳的制备及表征
    3.1 前言
    3.2 MOF衍生中空氮掺杂碳的制备
        3.2.1 菱形十二面体中空氮掺杂碳（RDHNC）的制备
        3.2.2 立方体中空氮掺杂碳（CHNC）的制备
    3.3 MOF衍生中空氮掺杂碳的表征
        3.3.1 X射线粉末衍射（XRD）表征与分析
        3.3.2 扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）表征与分析
            3.3.2.1 RDHNC的形貌特征
            3.3.2.2 CHNC的形貌特征
        3.3.3 拉曼光谱表征与分析
        3.3.4 氮气的吸附脱附（BET）表征与分析
        3.3.5 X-射线光电子能谱 (XPS)表征与分析
    3.4 本章小结
第4章 立方中空氮掺杂碳@MnO_2复合材料的制备及其电化学性能研究
    4.1 前言
    4.2 CHNC@MnO_2复合材料的制备及表征
        4.2.1 CHNC@MnO_2复合材料的制备
            4.2.1.1 无定型二氧化锰与CHNC复合材料（CHNC@a-MnO_2）的制备
            4.2.1.2 δ-MnO_2纳米片与CHNC复合材料（CHNC@δ-MnO_2）的制备
        4.2.2 CHNC@MnO_2电极材料的表征
            4.2.2.1 X射线粉末衍射（XRD）
            4.2.2.2 扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）
            4.2.2.3 拉曼光谱
            4.2.2.4 高分辨透射电镜图（HRTEM）和元素分布图
            4.4.2.5 氮气的吸附/脱附
            4.2.2.6 X射线光电子能谱
    4.3 CHNC@MnO_2复合材料电化学性能分析
        4.3.1 单宁酸蚀刻对复合材料电化学性能的影响
        4.3.2 二氧化锰的晶型对复合材料电化学性能的影响
        4.3.3 二氧化锰负载量对复合材料电化学性能的影响
        4.3.4 电极材料的循环性能测试
    4.4 本章小结
第5章 菱形十二面体中空氮掺杂碳@MnO_2复合材料的制备及其电化学性能研究
    5.1 前言
    5.2 RDHNC@MnO_2复合材料的制备及表征
        5.2.1 RDHNC@MnO_2复合材料的制备
            5.2.1.1 无定型二氧化锰与RDHNC复合材料（RDHNC@a-MnO_2）的制备
            5.2.1.2 δ-MnO_2纳米片与RDHNC复合材料（RDHNC@δ-MnO_2）的制备
        5.2.2 RDHNC@MnO_2电极材料的表征
            5.2.2.1 X射线粉末衍射（XRD）
            5.5.2.2 扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）
            5.2.2.3 拉曼光谱
            5.2.2.4 高分辨透射电镜图（HRTEM）和元素分布图
            5.2.2.5 氮气的吸附/脱附
            5.2.2.6 X射线光电子能谱
    5.3 RDHNC@MnO_2复合材料电化学性能分析
        5.3.1 单宁酸蚀刻对复合材料电化学性能的影响
        5.3.2 二氧化锰的晶型对复合材料电化学性能的影响
        5.3.3 二氧化锰负载量对复合材料电化学性能的影响
        5.3.4 电极材料的交流阻抗和循环性能测试
    5.4 形貌对材料电化学的影响
    5.5 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文及成果



本文编号：3685342