基于金属有机框架材料的电极材料在超级电容器中应用研究

发布时间：2019-10-14 01:41

【摘要】：超级电容器是一种高效、实用的能量储存设备,它具有高比电容、寿命长、工作温度范围宽、免维修等优点。超级电容器的电化学性能取决于电极材料的性能。活性炭材料由于其价格便宜、制备简单、电化学稳定性高等优点,是最先被应用于超级电容器的电极材料。近年来,金属氧化物、导电高分子等材料也越来越引起人们的注意。金属-有机配位聚合物(MOFs)是一种新型的多孔材料,它不但比表面积高,而且在结构中包含有活性过渡金属离子或原子簇,这些特征使其在高性能超级电容器中有很大的应用潜力。近年来,只有少数的MOFs材料作为超级电容器电极材料应用于超级电容器中。本文选取了ZIF-8和ZIF-67两种MOF材料,并将它们作为载体分别负载其他活性物质制备复合材料,通过XRD,傅立叶红外光谱,氮气等温吸附脱附曲线,扫描电子显微镜,透射电子显微镜等手段进行结构表征,并在水系电解液中进行了诸如循环伏安法,计时电位法、电化学阻抗和循环寿命等电化学表征。论文的主要研究内容如下:(1)ZIF-8和ZIF-67首次作为电极材料在水性电解液体系的超级电容器中应用,在6 M KOH电解液中,由循环伏安曲线可以看出,电极材料表现出了良好的可逆性和较高的电化学活性,在5 m V s-1扫描速率下,比电容分别达到96和65 F g-1;对于ZIF-8,在未添加额外碳源的情况下,通过对其在723 K氮气下煅烧比电容能达到185F g-1。(2)分别制备了系列固体超强酸SO42-/Ti OSO42-/Sn O2、SO42-/Zr O2、SO42-/Fe2O3,将它们作为电极材料用于超级电容器中,以0.5 M的H2SO4溶液为电解液,在5 m V s-1扫描速率下比电容可达到30 F g-1、19 F g-1、21 F g-1、28 F g-1。(3)ZIF-8是一种优秀的载体,可以作为主体负载其他更多的活性物质作为超级电容器电极材料来提高活性物质本身的电化学性能,本文中分别制备了二氧化锡量子点、非晶态NI-B合金、Ni2CO3(OH)2,将ZIF-8作为载体分别对它们进行负载制备复合材料并将其作为电极材料,在6 M KOH电解液中表现为氧化还原赝电容,在5 m V s-1扫描速率下复合材料的比电容可达到931 F g-1、866 F g-1、851 F g-1,远高于二氧化锡量子点、非晶态NI-B合金、Ni2CO3(OH)2的241 F g-1、563 F g-1、668 F g-1,具有成为优秀的超级电容器电极材料的潜力。(4)ZIF-67作为结构与ZIF-8相同的MOFs材料,只是钴原子代替锌原子,也是一种良好的载体,本文制备了Ni2CO3(OH)2和草酸镍,将ZIF-67作为载体负载他们制备复合材料并将其作为电极材料,在6 M KOH电解液中表现为氧化还原赝电容,在5 m V s-1扫描速率下复合材料的比电容可达到1037和1020 F g-1,高于Ni2CO3(OH)2和草酸镍的668 F g-1和870 F g-1,在超级电容器方面也具有较大的应用潜力。
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM53;O646.54

【参考文献】