电化学法合成ZIF-8类材料及电容性能研究
发布时间：2021-02-01 21:40
近年来,金属有机骨架材料（Metal-organic Framework,MOFs）由于具有多孔隙、高比表面积、结构可功能化等众多特点成为当今材料的研究热点。这其中双金属MOFs由于引进了新的金属离子赋予了传统MOFs材料独特丰富的性能,是未来MOFs材料的发展趋势。目前双金属MOFs的传统合成方法存在操作复杂,能耗高等缺点,而电化学法由于在常温常压下即可快速合成产品,具有清洁高效的优势,因而成为我们的首选合成方法。本文首先采用电化学方法合成ZIF-8,然后引进金属离子Co2+对其进行修饰,合成了双金属Zn/Co-ZIF-8。通过改变反应溶剂配比,电压、反应时间及金属钴盐添加量来探究两种材料的最佳合成条件,再将最优条件下合成的双金属MOFs碳化处理,并对这三种材料的电容性能进行对比研究,揭示了ZIF-8材料的修饰及双金属MOFs碳化前后与电容性能的构效关系,提出对ZIF-8类材料的调控方法。XRD、SEM、FTIR、氮气吸附、EDS等表征结果表明在DMF与乙醇的体积比为1:4,外加电压为5 V,反应时间为2 h条件下合成出的ZIF-8为结晶度高、形貌较好的八面体结...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级电容器组成示意图
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文--3释放过程，如图1-2(a)，在充电时，电子经外电路从正极流向负极，而电解液中的正离子向负极扩散，负离子向正极扩散，并形成了双电层并存储电荷。在放电时，电子经外电路从负极流向正极，而电极表面上的正负离子都返回到了电解液中。在充放电过程中双电层电容器并没有化学反应，只是离子在电极与电解液间的物理扩散过程。图1-2超级电容器工作原理示意图(a)双层电容器(b)法拉第电容器[27]Fig.1-2Supercapacitorworkingprinciple(a)Double-layercapacitor(b)Faradaycapacitor[27]1.2.2.2法拉第赝电容电容器的工作原理赝电容电容器[28]在充放电的过程中即发生了物理扩散过程又发生了化学反应。如图1-2(b)，在充电时，电解液之中的正负离子以较快的速度向正负电极的表面进行迁移，并发生了氧化还原反应，并以这种方式进行了能量存储。在放电时，正负离子又重新返回到了电解液之中，同时通过外电路的输送将储存了的电荷进行输出。1.2.2.3混合型电容器的工作原理依据电荷储能机理的不同，我们将电容器正负极材料储能机理相同或相似的成为对称型超级电容器，储能机理不同的则称为非对称型超级电容器即混合型电容器。因此，可将上述两种电容器结合，分别充当超级电容器的两个电极，一极通过电化学反应来储存和转移能量，另一极则利用双电层来储存能量。混合型的电容器结合了法拉第赝电容的高能量密度和双电层电容器的较高功率密度与循环稳定性的优点，延长使用寿命的同时也增加其实际应用价值[29,30]。1.2.3超级电容器的电极材料电极材料是影响超级电容器性能指标的重要因素，越来越多的材料被发现
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文--6图1-3ZIF系列的结构示意图Fig.1-3StructureofZIFseries图1-4ZIF-8材料骨架结构示意Fig.1-4ZIF-8materialskeletonstructure1.3.2MOFs材料的特点MOFs材料由于其自身特性决定了一些远超于传统材料的优势。1.功能性强MOFs材料由于自身金属源和有机配体的多样性而被赋予较强的功能性。不同的金属源与有机配体自组装，导致了其结构的多种多样及性能的千变万化。此外，MOFs材料在合成后或合成过程中对合成原材料加以修饰。通过修饰的方法可以将不同性能、功能的基团引入MOFs材料中，从而对现有材料的性能进行调控。2.孔隙率和比表面积大
【参考文献】：
期刊论文
[1]绿色发展视角下的我国新能源发电企业发展策略研究[J]. 国海燕. 中国管理信息化. 2019(22)
[2]超级电容器研究进展[J]. 肖谧,宿玉鹏,杜伯学. 电子元件与材料. 2019(09)
[3]基于MOF结构的超级电容器电极材料研究进展[J]. 欧阳金波,那兵,周利民,熊国宣. 东华理工大学学报(自然科学版). 2018(03)
[4]赝电容型超级电容器电极材料研究进展[J]. 孙银,黄乃宝,王东超,詹溯,李瑞超. 电源技术. 2018(05)
[5]双金属金属有机骨架材料的制备及性能研究进展[J]. 元宁,杜冰洁,贾晓霞,杨江峰,李晋平. 应用化学. 2018(05)
[6]电化学超级电容器电极材料研究进展[J]. 刘云鹏,李乐,韩颖慧,吴天昊,李昕烨. 华北电力大学学报(自然科学版). 2016(06)
[7]超级电容器原理及使用过程中的注意事项[J]. 王春霞,陈艳丽,卢曼慧,李洋洋. 电源技术. 2015(07)
[8]碳气凝胶复合材料在超级电容器中应用的研究进展[J]. 刘益林,王介妮,曹磊昌,韩生. 现代化工. 2014(06)
[9]不同方法合成的沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIF-8）的表征和催化性能[J]. 刘明明,吕文苗,史秀锋,范彬彬,李瑞丰. 无机化学学报. 2014(03)
[10]Fe-MOF电极材料的合成及电性能[J]. 唐敖民,唐博合金,张炜,何雨婷,赵家昌,徐菁利. 光谱实验室. 2012(01)
博士论文
[1]基于金属有机骨架的超级电容器电极材料的制备与性能研究[D]. 张义东.东南大学 2016
本文编号：3013482
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级电容器组成示意图
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文--3释放过程，如图1-2(a)，在充电时，电子经外电路从正极流向负极，而电解液中的正离子向负极扩散，负离子向正极扩散，并形成了双电层并存储电荷。在放电时，电子经外电路从负极流向正极，而电极表面上的正负离子都返回到了电解液中。在充放电过程中双电层电容器并没有化学反应，只是离子在电极与电解液间的物理扩散过程。图1-2超级电容器工作原理示意图(a)双层电容器(b)法拉第电容器[27]Fig.1-2Supercapacitorworkingprinciple(a)Double-layercapacitor(b)Faradaycapacitor[27]1.2.2.2法拉第赝电容电容器的工作原理赝电容电容器[28]在充放电的过程中即发生了物理扩散过程又发生了化学反应。如图1-2(b)，在充电时，电解液之中的正负离子以较快的速度向正负电极的表面进行迁移，并发生了氧化还原反应，并以这种方式进行了能量存储。在放电时，正负离子又重新返回到了电解液之中，同时通过外电路的输送将储存了的电荷进行输出。1.2.2.3混合型电容器的工作原理依据电荷储能机理的不同，我们将电容器正负极材料储能机理相同或相似的成为对称型超级电容器，储能机理不同的则称为非对称型超级电容器即混合型电容器。因此，可将上述两种电容器结合，分别充当超级电容器的两个电极，一极通过电化学反应来储存和转移能量，另一极则利用双电层来储存能量。混合型的电容器结合了法拉第赝电容的高能量密度和双电层电容器的较高功率密度与循环稳定性的优点，延长使用寿命的同时也增加其实际应用价值[29,30]。1.2.3超级电容器的电极材料电极材料是影响超级电容器性能指标的重要因素，越来越多的材料被发现
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文--6图1-3ZIF系列的结构示意图Fig.1-3StructureofZIFseries图1-4ZIF-8材料骨架结构示意Fig.1-4ZIF-8materialskeletonstructure1.3.2MOFs材料的特点MOFs材料由于其自身特性决定了一些远超于传统材料的优势。1.功能性强MOFs材料由于自身金属源和有机配体的多样性而被赋予较强的功能性。不同的金属源与有机配体自组装，导致了其结构的多种多样及性能的千变万化。此外，MOFs材料在合成后或合成过程中对合成原材料加以修饰。通过修饰的方法可以将不同性能、功能的基团引入MOFs材料中，从而对现有材料的性能进行调控。2.孔隙率和比表面积大
【参考文献】：
期刊论文
[1]绿色发展视角下的我国新能源发电企业发展策略研究[J]. 国海燕. 中国管理信息化. 2019(22)
[2]超级电容器研究进展[J]. 肖谧,宿玉鹏,杜伯学. 电子元件与材料. 2019(09)
[3]基于MOF结构的超级电容器电极材料研究进展[J]. 欧阳金波,那兵,周利民,熊国宣. 东华理工大学学报(自然科学版). 2018(03)
[4]赝电容型超级电容器电极材料研究进展[J]. 孙银,黄乃宝,王东超,詹溯,李瑞超. 电源技术. 2018(05)
[5]双金属金属有机骨架材料的制备及性能研究进展[J]. 元宁,杜冰洁,贾晓霞,杨江峰,李晋平. 应用化学. 2018(05)
[6]电化学超级电容器电极材料研究进展[J]. 刘云鹏,李乐,韩颖慧,吴天昊,李昕烨. 华北电力大学学报(自然科学版). 2016(06)
[7]超级电容器原理及使用过程中的注意事项[J]. 王春霞,陈艳丽,卢曼慧,李洋洋. 电源技术. 2015(07)
[8]碳气凝胶复合材料在超级电容器中应用的研究进展[J]. 刘益林,王介妮,曹磊昌,韩生. 现代化工. 2014(06)
[9]不同方法合成的沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIF-8）的表征和催化性能[J]. 刘明明,吕文苗,史秀锋,范彬彬,李瑞丰. 无机化学学报. 2014(03)
[10]Fe-MOF电极材料的合成及电性能[J]. 唐敖民,唐博合金,张炜,何雨婷,赵家昌,徐菁利. 光谱实验室. 2012(01)
博士论文
[1]基于金属有机骨架的超级电容器电极材料的制备与性能研究[D]. 张义东.东南大学 2016
本文编号：3013482
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