本文關(guān)鍵詞：MOFs為模板的電容器電極材料的制備及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：電化學(xué)電容器,也稱超級電容器,由于具有功率密度高、充放電速度快、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn),在能源儲(chǔ)備技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景,而發(fā)展高性能的超級電容器的關(guān)鍵在于對于電極材料的研究。金屬有機(jī)骨架化合物(MOFs)是由金屬離子和有機(jī)配體通過自組裝形成的一類多孔晶體材料,基于較高的比表面積、可調(diào)控的孔道結(jié)構(gòu)以及富含有機(jī)物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn),MOFs被認(rèn)為是一種理想的超級電容器電極材料的前驅(qū)體和模板劑。在本研究中,我們分別以含鋅的金屬有機(jī)骨架化合物MAF-6和含鈷的配位聚合物ZSA~(-1)作為模板劑。金屬鋅由于沸點(diǎn)較低,在惰性氣氛中熱解后可以直接得到多孔碳材料,研究其雙電層電容器電化學(xué)性能;金屬鈷具有變價(jià),是一種極好的贗電容器電極材料,因此,我們以含鈷的MOFs為模板劑,通過對煅燒條件的控制,制備金屬氧化物和碳材料復(fù)合的電極材料。并進(jìn)一步通過XRD、SEM、TEM、氮?dú)馕摳胶屠葴y試手段對合成的多級孔碳材料和Co_3O_4@Carbon的復(fù)合物進(jìn)行表征。以微孔的類沸石金屬有機(jī)骨架化合物MAF-6為模板劑和前驅(qū)體,制備具有多級孔結(jié)構(gòu)的碳材料。碳化以后得到的多級孔碳材料完美地保留了前驅(qū)體MAF-6的形貌,但是顆粒尺寸比MAF-6小很多。特別是HPC1000-5展現(xiàn)出較高的比電容值(在電流密度為0.2 A·g~(-1)時(shí)的比電容是283.4 F·g~(-1)),以及在水系電解液中極好的循環(huán)性能;通過簡單的一步法,焙燒微孔鈷基金多孔配位聚合物ZSA~(-1),制備具有介孔分布的Co_3O_4@carbon復(fù)合物材料。碳化以后很好的保留了前驅(qū)體ZSA~(-1)的八面體形貌,得到的八面體結(jié)構(gòu)是由直徑約為10 nm的不規(guī)則納米顆粒堆積而成。Co_3O_4@carbon復(fù)合物具有孔徑約為3.6 nm的介孔孔道,電化學(xué)性能測試表明Co_3O_4@carbon在電流密度為0.2 A·g~(-1)時(shí)的比電容值為205.4 F·g~(-1)。
【關(guān)鍵詞】：超級電容器 MOFs 多級孔碳材料 Co_3O_4@Carbon的復(fù)合材料 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33;TM53
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-29
• 1.1 電容器的簡介9-10
• 1.2 雙電層電容器（EDLC）電極材料10-12
• 1.2.1 活性炭10-11
• 1.2.2 碳?xì)饽z11
• 1.2.3 碳納米管11-12
• 1.2.4 石墨烯12
• 1.3 贗電容器電極材料12-14
• 1.3.1 金屬氧化物12-13
• 1.3.2 導(dǎo)電聚合物13-14
• 1.4 以MOFs為模板劑的電極材料14-27
• 1.4.1 MOFs（Metal-Organic Frameworks，MOFs)材料簡介14-16
• 1.4.2 MOFs作為超級電容器電極材料16-19
• 1.4.3 MOFs衍生的多孔碳電容器電極材料19-25
• 1.4.4 MOFs衍生的金屬氧化物電容器電極材料25-27
• 1.5 本課題選題的目的與意義27-29
• 1.5.1 本課題選題的目的與意義27
• 1.5.2 本課題的主要研究成果27-29
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分29-35
• 2.1 主要實(shí)驗(yàn)試劑及儀器29-31
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑29
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及型號29-31
• 2.2 樣品的物理表征方法31-32
• 2.2.1 粉末X-射線衍射（PXRD）表征31
• 2.2.2 紅外光譜（IR）表征31
• 2.2.3 拉曼表征31
• 2.2.4 熱穩(wěn)定性表征31-32
• 2.2.5 掃描電鏡和投射電鏡表征32
• 2.2.6 物理吸附表征32
• 2.3 電極片的制備及電化學(xué)性能測試32-35
• 2.3.1 電極片的制備32-33
• 2.3.2 電化學(xué)性能測試33-35
• 第三章 基于金屬有機(jī)骨架化合物MAF-6 制備的多級孔碳材料及其EDLC電極性能研究35-47
• 3.1 前言35-36
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分36
• 3.2.1 模板劑MAF-6 的制備36
• 3.2.2 以MAF-6 為模板劑的多級孔炭材料的制備36
• 3.3 分析與討論36-45
• 3.3.1 X-射線衍射分析36-37
• 3.3.2 熱重分析37-38
• 3.3.3 拉曼分析38
• 3.3.4 掃描電鏡（SEM）和投射電鏡（TEM）分析38-41
• 3.3.5 MAF-6 和HPC的N2吸脫附曲線及孔分布分析41-42
• 3.3.6 HPC1000-5 的電化學(xué)性能分析42-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第四章基于鈷基金屬有機(jī)骨架化合物ZSA-1 制備的介孔Co_3O_4@carbon復(fù)合物及其贗電容器電極性能研究47-59
• 4.1 前言47-48
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分48-49
• 4.2.1 前驅(qū)體ZSA-1 的制備48
• 4.2.2 制備Co_3O_4@Carbon復(fù)合材料48
• 4.2.3 Co_3O_4 顆粒的制備48-49
• 4.3 結(jié)果與討論49-57
• 4.3.1 ZSA-1 的X-射線粉末衍射和晶體結(jié)構(gòu)49-50
• 4.3.2 Co_3O_4@Carbon和Co_3O_4的X-射線粉末衍射50-51
• 4.3.3 Co_3O_4@Carbon的拉曼譜圖51
• 4.3.4 熱重分析51-52
• 4.3.5 N2吸附-脫附分析52-53
• 4.3.6 掃描電鏡（SEM）和能譜（EDS）分析53-54
• 4.3.7 透射電鏡（TEM）分析54
• 4.3.8 電化學(xué)性能分析54-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 第五章 結(jié)論與展望59-63
• 5.1 主要結(jié)論59-60
• 5.2 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)60-61
• 5.3 下階段工作展望61-63
• 參考文獻(xiàn)63-75
• 致謝75-77
• 碩士期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文77

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本文編號：382305