镍基金属有机骨架电极材料的制备及其性能研究
发布时间：2023-02-12 09:02
超级电容器(supercapacitor)作为一种新型的储能器件,由于其具有充放电速度快、功率密度高、循环寿命长、安全无污染等优点受到了人们的广泛关注。然而,低的能量密度限制了超级电容器商业化应用的进程。目前,提高超级电容器能量密度方法主要是新型电极材料的研发和非对称型超级电容器的组装。金属有机骨架化合物(Metal-Organic Frameworks,MOFs)由于其尺寸可控、中心金属离子具有氧化还原性、拥有超高的比表面积和孔体积,具备成为高性能超级电容器新型电极材料的潜力。本论文以镍基金属有机骨架化合物(Ni-MOF)作为研究对象,采用不同的合成策略制备出具有优异电化学性能的Ni-MOF及Ni-MOF复合材料,探讨电化学活性添加剂以及Ni-MOF基电极材料的形貌尺寸、物相组成、晶体结构对超级电容器性能的影响规律,以促进MOFs在电化学领域的研究和发展。采用简单的溶剂热法合成出具有片状形貌的Ni-MOF,详细讨论了其独特的晶体结构。通过使用氧化还原添加剂提高了Ni-MOF的电荷储存能力,电化学恒流充放电测试表明在电解液中加入K4Fe(CN)6
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 超级电容器的简介
1.2.1 超级电容器的储能机制
1.2.2 超级电容器的电极材料
1.2.3 超级电容器的电解液
1.3 金属有机骨架化合物的概述
1.4 金属有机骨架电极材料的研究进展
1.4.1 金属有机骨架化合物在锂离子电池领域的应用
1.4.2 金属有机骨架化合物在电催化领域的应用
1.4.3 金属有机骨架化合物在超级电容器领域的应用
1.5 本文的主要研究内容
第2章 实验原料及分析方法
2.1 实验原料及所用仪器
2.1.1 实验主要原料
2.1.2 实验主要仪器
2.2 实验主要表征手段
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 原子力显微镜(AFM)
2.2.5 比表面积及孔径分析仪(BET)
2.2.6 X射线光电子能谱仪(XPS)
2.2.7 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
2.3 电化学测试方法
2.3.1 循环伏安测试
2.3.2 恒流充放电测试
2.3.3 交流阻抗测试
2.4 电化学计算方法
2.4.1 比容量的计算
2.4.2 质量匹配的计算
2.4.3 能量密度的计算
2.4.4 功率密度的计算
第3章 层状Ni-MOF的制备及Fe(CN)6
4-/Fe(CN)6
3-对其电化学性能影响
3.1 引言
3.2 电极材料的制备及器件组装
3.2.1 层状Ni-MOF的制备
3.2.2 电极的制作和非对称型超级电容器的组装
3.3 层状Ni-MOF的表征
3.3.1 层状Ni-MOF的结构表征
3.3.2 层状Ni-MOF的形貌与晶体结构分析
3.4 三电极体系下电化学性能测试
3.4.1 层状Ni-MOF电极材料电化学性能
3.4.2 储能机理研究
3.5 Ni-MOF//CNTs-COOH非对称超级电容器性能
3.6 本章小结
第4章 混合双中心金属有机骨架化合物的制备及其电化学性能
4.1 引言
4.2 电极材料的制备及器件组装
4.2.1 花状M-MOFs电极材料的制备
4.2.2 电极的制作和非对称超级电容器的组装
4.3 Co/Ni-MOF和 Zn/Ni-MOF的表征
4.3.1 Co/Ni-MOF和 Zn/Ni-MOF的形貌表征
4.3.2 Co/Ni-MOF和 Zn/Ni-MOF的结构表征
4.4 三电极体系下M-MOFs电极材料的电化学性能测试
4.5 二电极体系下的电化学性能测试
4.5.1 Co/Ni-MOF//CNTs-COOH非对称超级电容器性能
4.5.2 Zn/Ni-MOF//CNTs-COOH非对称超级电容器性能
4.6 本章小结
第5章 MOF催化法合成Zn/Ni-MOF@PPy复合材料及其电化学性能
5.1 引言
5.2 电极材料的制备及器件组装
5.2.1 花状Zn/Ni-MOF电极材料的制备
5.2.3 电极的制作和非对称超级电容器的组装
5.3 Zn/Ni-MOF@PPy的表征
5.3.1 Zn/Ni-MOF@PPy的形貌表征
5.3.2 Zn/Ni-MOF@PPy的结构表征
5.3.3 合成机理研究
5.4 三电极体系下Zn/Ni-MOF@PPy-n材料的电化学性能测试
5.5 两电极体系下电化学性能测试
5.5.1 CNTs-COOH负极材料电化学性能测试
5.5.2 Zn/Ni-MOF@PPy//CNTs-COOH非对称超级电容器性能
5.6 本章小结
第6章 以Ni(OH)2为模板制备具有高取向Ni(OH)2@Ni-MOF的电化学性能
6.1 引言
6.2 电极材料的制备及器件组装
6.2.1 电极材料的制备
6.2.2 同质双极性超级电容器的组装
6.3 Ni(OH)2/NF和 Ni(OH)2@Ni-MOF/NF的表征
6.3.1 Ni(OH)2/NF和 Ni(OH)2@Ni-MOF/NF的形貌表征
6.3.2 Ni(OH)2/NF和 Ni(OH)2@Ni-MOF/NF的结构表征
6.4 三电极体系下电化学性能测试
6.4.1 Ni(OH)2与Ni(OH)2@Ni-MOF正极的电化学性能测试
6.4.2 Ni(OH)2@Ni-MOF负极的电化学性能测试
6.5 两电极体系下电化学性能测试
6.6 本章小结
结论
创新点
展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3740793
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 超级电容器的简介
1.2.1 超级电容器的储能机制
1.2.2 超级电容器的电极材料
1.2.3 超级电容器的电解液
1.3 金属有机骨架化合物的概述
1.4 金属有机骨架电极材料的研究进展
1.4.1 金属有机骨架化合物在锂离子电池领域的应用
1.4.2 金属有机骨架化合物在电催化领域的应用
1.4.3 金属有机骨架化合物在超级电容器领域的应用
1.5 本文的主要研究内容
第2章 实验原料及分析方法
2.1 实验原料及所用仪器
2.1.1 实验主要原料
2.1.2 实验主要仪器
2.2 实验主要表征手段
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 原子力显微镜(AFM)
2.2.5 比表面积及孔径分析仪(BET)
2.2.6 X射线光电子能谱仪(XPS)
2.2.7 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
2.3 电化学测试方法
2.3.1 循环伏安测试
2.3.2 恒流充放电测试
2.3.3 交流阻抗测试
2.4 电化学计算方法
2.4.1 比容量的计算
2.4.2 质量匹配的计算
2.4.3 能量密度的计算
2.4.4 功率密度的计算
第3章 层状Ni-MOF的制备及Fe(CN)6
4-/Fe(CN)6
3-对其电化学性能影响
3.1 引言
3.2 电极材料的制备及器件组装
3.2.1 层状Ni-MOF的制备
3.2.2 电极的制作和非对称型超级电容器的组装
3.3 层状Ni-MOF的表征
3.3.1 层状Ni-MOF的结构表征
3.3.2 层状Ni-MOF的形貌与晶体结构分析
3.4 三电极体系下电化学性能测试
3.4.1 层状Ni-MOF电极材料电化学性能
3.4.2 储能机理研究
3.5 Ni-MOF//CNTs-COOH非对称超级电容器性能
3.6 本章小结
第4章 混合双中心金属有机骨架化合物的制备及其电化学性能
4.1 引言
4.2 电极材料的制备及器件组装
4.2.1 花状M-MOFs电极材料的制备
4.2.2 电极的制作和非对称超级电容器的组装
4.3 Co/Ni-MOF和 Zn/Ni-MOF的表征
4.3.1 Co/Ni-MOF和 Zn/Ni-MOF的形貌表征
4.3.2 Co/Ni-MOF和 Zn/Ni-MOF的结构表征
4.4 三电极体系下M-MOFs电极材料的电化学性能测试
4.5 二电极体系下的电化学性能测试
4.5.1 Co/Ni-MOF//CNTs-COOH非对称超级电容器性能
4.5.2 Zn/Ni-MOF//CNTs-COOH非对称超级电容器性能
4.6 本章小结
第5章 MOF催化法合成Zn/Ni-MOF@PPy复合材料及其电化学性能
5.1 引言
5.2 电极材料的制备及器件组装
5.2.1 花状Zn/Ni-MOF电极材料的制备
5.2.3 电极的制作和非对称超级电容器的组装
5.3 Zn/Ni-MOF@PPy的表征
5.3.1 Zn/Ni-MOF@PPy的形貌表征
5.3.2 Zn/Ni-MOF@PPy的结构表征
5.3.3 合成机理研究
5.4 三电极体系下Zn/Ni-MOF@PPy-n材料的电化学性能测试
5.5 两电极体系下电化学性能测试
5.5.1 CNTs-COOH负极材料电化学性能测试
5.5.2 Zn/Ni-MOF@PPy//CNTs-COOH非对称超级电容器性能
5.6 本章小结
第6章 以Ni(OH)2为模板制备具有高取向Ni(OH)2@Ni-MOF的电化学性能
6.1 引言
6.2 电极材料的制备及器件组装
6.2.1 电极材料的制备
6.2.2 同质双极性超级电容器的组装
6.3 Ni(OH)2/NF和 Ni(OH)2@Ni-MOF/NF的表征
6.3.1 Ni(OH)2/NF和 Ni(OH)2@Ni-MOF/NF的形貌表征
6.3.2 Ni(OH)2/NF和 Ni(OH)2@Ni-MOF/NF的结构表征
6.4 三电极体系下电化学性能测试
6.4.1 Ni(OH)2与Ni(OH)2@Ni-MOF正极的电化学性能测试
6.4.2 Ni(OH)2@Ni-MOF负极的电化学性能测试
6.5 两电极体系下电化学性能测试
6.6 本章小结
结论
创新点
展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3740793
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