金属有机框架复合材料在超级电容器中的合成及应用研究

发布时间：2021-07-18 20:41

　　电极材料是超级电容器（SCs）的关键部件,金属有机框架（MOFs）作为一种多孔材料,由于其具有比表面积大、结构可控、孔径可调等优点在SCs电极材料领域得到诸多关注,而MOFs的低导电性和稳定性仍然是实际应用中的主要挑战。MOF复合材料是一类由MOFs与一种或多种不同材料组成的复合材料,它可以有效地结合MOFs和其他功能材料的优势,例如优良的导电性和独特的电化学性质等。因此,MOF复合材料可以实现高可逆容量和优良的循环性能,克服MOFs材料的缺点,在超级电容器电极材料领域具有广阔的应用前景。根据与MOFs复合的材料维度分类,可分为0D、1D、2D和3D MOFs四类复合材料,重点综述了这四类复合材料的组成及合成方法,并系统介绍了MOF复合材料的SCs应用,对其发展前景进行展望。 

【文章来源】：化工学报. 2020,71(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：17 页

【部分图文】：

MOF复合材料的示意图[26]

MOF/2D复合材料研究较多的为MOF/GO，因其具有电容大、充放电速度快、循环性能稳定可靠等优点，是一类优良的SCs电极材料。Ni-MOF与GO纳米片原位混合形成Ni-MOFs@GO[77]，电流密度为1 A/g，比电容达到2192.4 F/g。10 A/g时，循环3000次，初始电容性能保持率为85.1%。其出色的电化学性能与独特的花状结构以及Ni-MOF和GO纳米片之间的协同效应有关。这些特性使电活性位点具有很高的可及性和快速的离子扩散传输路径，实现电子在Ni-MOFs和GO纳米片之间传输。此外，GO纳米片具有良好的导电性和丰富的表面含氧官能团，可确保电解质离子与Ni-MOFs@GO迅速、可持续地接触。在充放电过程中，在高电流密度下可发生足够的法拉第反应，以进行能量存储。Kim等[102]将双金属MOFs直接生长在GO表面得到三维栗状纳米结构的Ni-Co-MOF/GO复合材料[图13(a)[102]]。CV图显示了不同扫描速率下的强氧化还原峰，表明Ni-Co-MOF/GO的类电池特性[图13(b)[102]]。Ni-Co-MOF/GO2(0.2 g的GO)在1 A/g的电流密度下，具有447.2 F/g的比电容[图13(c)[102]]。经过300次循环后，其寿命稳定性达到99.6%，该材料具有良好电化学性能。因此，将MOFs与导电纳米片原位混合是一种有前途的方法，可得到适用于SCs的电极材料。图1 3 Ni-Co-MOF/GO复合材料制备工艺(a),Ni-Co-MOF/GO复合材料的CV图(b)和GCD曲线(c)[102]

SCs电极材料分类[14]


本文编号：3290326