MOFs为模板的电容器电极材料的制备及性能研究

发布时间：2017-05-20 17:16

  本文关键词：MOFs为模板的电容器电极材料的制备及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电化学电容器,也称超级电容器,由于具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等优点,在能源储备技术领域有着广泛的应用前景,而发展高性能的超级电容器的关键在于对于电极材料的研究。金属有机骨架化合物(MOFs)是由金属离子和有机配体通过自组装形成的一类多孔晶体材料,基于较高的比表面积、可调控的孔道结构以及富含有机物质等优点,MOFs被认为是一种理想的超级电容器电极材料的前驱体和模板剂。在本研究中,我们分别以含锌的金属有机骨架化合物MAF-6和含钴的配位聚合物ZSA~(-1)作为模板剂。金属锌由于沸点较低,在惰性气氛中热解后可以直接得到多孔碳材料,研究其双电层电容器电化学性能;金属钴具有变价,是一种极好的赝电容器电极材料,因此,我们以含钴的MOFs为模板剂,通过对煅烧条件的控制,制备金属氧化物和碳材料复合的电极材料。并进一步通过XRD、SEM、TEM、氮气吸脱附和拉曼等测试手段对合成的多级孔碳材料和Co_3O_4@Carbon的复合物进行表征。以微孔的类沸石金属有机骨架化合物MAF-6为模板剂和前驱体,制备具有多级孔结构的碳材料。碳化以后得到的多级孔碳材料完美地保留了前驱体MAF-6的形貌,但是颗粒尺寸比MAF-6小很多。特别是HPC1000-5展现出较高的比电容值(在电流密度为0.2 A·g~(-1)时的比电容是283.4 F·g~(-1)),以及在水系电解液中极好的循环性能;通过简单的一步法,焙烧微孔钴基金多孔配位聚合物ZSA~(-1),制备具有介孔分布的Co_3O_4@carbon复合物材料。碳化以后很好的保留了前驱体ZSA~(-1)的八面体形貌,得到的八面体结构是由直径约为10 nm的不规则纳米颗粒堆积而成。Co_3O_4@carbon复合物具有孔径约为3.6 nm的介孔孔道,电化学性能测试表明Co_3O_4@carbon在电流密度为0.2 A·g~(-1)时的比电容值为205.4 F·g~(-1)。
【关键词】：超级电容器 MOFs 多级孔碳材料 Co_3O_4@Carbon的复合材料 电化学性能
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TM53
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-29
• 1.1 电容器的简介9-10
• 1.2 双电层电容器（EDLC）电极材料10-12
• 1.2.1 活性炭10-11
• 1.2.2 碳气凝胶11
• 1.2.3 碳纳米管11-12
• 1.2.4 石墨烯12
• 1.3 赝电容器电极材料12-14
• 1.3.1 金属氧化物12-13
• 1.3.2 导电聚合物13-14
• 1.4 以MOFs为模板剂的电极材料14-27
• 1.4.1 MOFs（Metal-Organic Frameworks，MOFs)材料简介14-16
• 1.4.2 MOFs作为超级电容器电极材料16-19
• 1.4.3 MOFs衍生的多孔碳电容器电极材料19-25
• 1.4.4 MOFs衍生的金属氧化物电容器电极材料25-27
• 1.5 本课题选题的目的与意义27-29
• 1.5.1 本课题选题的目的与意义27
• 1.5.2 本课题的主要研究成果27-29
• 第二章 实验部分29-35
• 2.1 主要实验试剂及仪器29-31
• 2.1.1 实验试剂29
• 2.1.2 实验设备及型号29-31
• 2.2 样品的物理表征方法31-32
• 2.2.1 粉末X-射线衍射（PXRD）表征31
• 2.2.2 红外光谱（IR）表征31
• 2.2.3 拉曼表征31
• 2.2.4 热稳定性表征31-32
• 2.2.5 扫描电镜和投射电镜表征32
• 2.2.6 物理吸附表征32
• 2.3 电极片的制备及电化学性能测试32-35
• 2.3.1 电极片的制备32-33
• 2.3.2 电化学性能测试33-35
• 第三章 基于金属有机骨架化合物MAF-6 制备的多级孔碳材料及其EDLC电极性能研究35-47
• 3.1 前言35-36
• 3.2 实验部分36
• 3.2.1 模板剂MAF-6 的制备36
• 3.2.2 以MAF-6 为模板剂的多级孔炭材料的制备36
• 3.3 分析与讨论36-45
• 3.3.1 X-射线衍射分析36-37
• 3.3.2 热重分析37-38
• 3.3.3 拉曼分析38
• 3.3.4 扫描电镜（SEM）和投射电镜（TEM）分析38-41
• 3.3.5 MAF-6 和HPC的N2吸脱附曲线及孔分布分析41-42
• 3.3.6 HPC1000-5 的电化学性能分析42-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第四章基于钴基金属有机骨架化合物ZSA-1 制备的介孔Co_3O_4@carbon复合物及其赝电容器电极性能研究47-59
• 4.1 前言47-48
• 4.2 实验部分48-49
• 4.2.1 前驱体ZSA-1 的制备48
• 4.2.2 制备Co_3O_4@Carbon复合材料48
• 4.2.3 Co_3O_4 颗粒的制备48-49
• 4.3 结果与讨论49-57
• 4.3.1 ZSA-1 的X-射线粉末衍射和晶体结构49-50
• 4.3.2 Co_3O_4@Carbon和Co_3O_4的X-射线粉末衍射50-51
• 4.3.3 Co_3O_4@Carbon的拉曼谱图51
• 4.3.4 热重分析51-52
• 4.3.5 N2吸附-脱附分析52-53
• 4.3.6 扫描电镜（SEM）和能谱（EDS）分析53-54
• 4.3.7 透射电镜（TEM）分析54
• 4.3.8 电化学性能分析54-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 结论与展望59-63
• 5.1 主要结论59-60
• 5.2 本论文的创新点60-61
• 5.3 下阶段工作展望61-63
• 参考文献63-75
• 致谢75-77
• 硕士期间发表学术论文77

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本文编号：382305