本文關(guān)鍵詞：基于金屬有機框架及其衍生物的電容性能研究

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【摘要】：超級電容器是一種高效、實用的能量儲存設(shè)備。電極材料是影響超級電容器電化學(xué)性能的核心因素。金屬有機框架(MOFs)材料具有比表面積大、孔結(jié)構(gòu)可控和開放的金屬活性位點等優(yōu)點,在超級電容器的電極材料中具有潛在的應(yīng)用。本論文制備了鎳(Ⅱ)-均苯三甲酸/多壁碳納米管復(fù)合材料(Ni(btc)/MWCNTs)、三聚硫氰酸-鎳(Ⅱ)(Ni(TCY))和ZIF-67。進一步以Ni(TCY)和ZIF-67為前驅(qū)物制備了相應(yīng)硫化物,并詳細研究了這些MOFs和相應(yīng)硫化物作為電極材料的電容性能。主要包括以下幾部分:(1)以多壁碳納米管、硝酸鎳和均苯三甲酸為原料,采用水熱法制備了多層花狀Ni(btc)/MWCNTs。通過掃描電鏡(SEM)、X-射線衍射(XRD)、N2等溫吸附脫附(BET)、紅外(FI-IR)等技術(shù)對合成的復(fù)合材料進行了表征。實驗結(jié)果表明,多壁碳納米管的摻入能誘導(dǎo)球形Ni(btc)轉(zhuǎn)變成多層花狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料,且材料的比表面積效應(yīng)和導(dǎo)電性能顯著增強。電化學(xué)研究表明,Ni(btc)/MWCNTs較單一組分的Ni(btc)具有更高的比電容和優(yōu)良的循環(huán)性能。Ni(btc)/MWCNTs在2 A g~(-1)時的比電容達到916 F g~(-1),當電流密度增加到10 A g~(-1)時,比電容值為711 F g~(-1)。在電流密度為10 A g~(-1)下經(jīng)過1000次充放電循環(huán)后,Ni(btc)/MWCNTs復(fù)合材料的容量保持率可達93.5%。(2)以Ni(NO_3)_2·6H_2O和三聚硫氰酸(TCY)為原料,采用水熱法合成了球狀Ni(TCY)金屬-有機化合物。進一步以Ni(TCY)為前驅(qū)體通過熱處理得到純相的Ni S納米材料。采用掃描電鏡(SEM)、X-射線衍射(XRD)、透射電鏡(SEM)、X-射線電子能譜儀(XPS)等方法對Ni S進行了表征。電化學(xué)實驗表明,Ni S電極材料在4 A g~(-1)和20 A g~(-1)的比電容分別達到1493和1160 F g~(-1),明顯高于Ni(TCY)的1111和840 F g~(-1)。同時,Ni S電極具有優(yōu)良的穩(wěn)定性,在10 A g~(-1)的大電流密度下經(jīng)過2500次循環(huán)后,比容量保持率為85.4%,在超級電容器方面具有較大的應(yīng)用潛力。(3)以Co(NO_3)_2·6H_2O和2-甲基咪唑為原料,在室溫下合成ZIF-67多面體。將ZIF-67分散于乙醇中并依次加入硝酸鎳和硫代乙酰胺,90℃回流反應(yīng)1 h后得到雙金屬硫化鈷鎳(Co-Ni-S)空心多面體。通過掃描電鏡(SEM)、X-射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)和X射線能譜儀(EDS)對產(chǎn)物進行了結(jié)構(gòu)和形貌表征。采用循環(huán)伏安、計時電位法和電化學(xué)阻抗方法考察了Co-Ni-S的電容行為。結(jié)果顯示,Co-Ni-S具有高的比容量,在4 A g~(-1)電流密度下的比容量達到1890 F g~(-1),當電流密度增加至20 A g~(-1)時,比電容為1535 F g~(-1),容量保持率為81.2%。同時,Co-Ni-S也展現(xiàn)出優(yōu)良的電化學(xué)穩(wěn)定性,在大電流密度下(10 A g~(-1))經(jīng)過1000次循環(huán)后,電容量保持率達到89.3%。
【關(guān)鍵詞】：超級電容器 電極材料 金屬有機框架 硫化物
【學(xué)位授予單位】：閩南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB332;TM53
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 超級電容器11
• 1.2 超級電容器的分類11-12
• 1.3 超級電容器的儲能機理12-14
• 1.3.1 雙電層電容12-13
• 1.3.2 贗電容電容器13-14
• 1.4 MOFs14-19
• 1.4.1 MOFs簡介14-15
• 1.4.2 MOFs在超級電容器中的應(yīng)用15-16
• 1.4.3 MOFs 為前驅(qū)體制備碳材料及其在超級電容器的應(yīng)用16-17
• 1.4.4 MOFs 為前驅(qū)體制備金屬基材料及其在超級電容器的應(yīng)用17-19
• 1.5 本課題的研究意義和研究內(nèi)容19-20
• 參考文獻20-25
• 第2章 鎳(Ⅱ)-均苯三甲酸/多壁碳納米管復(fù)合材料的的合成及電容性能25-41
• 2.1 引言25-26
• 2.2 實驗部分26-28
• 2.2.1 儀器和試劑26
• 2.2.2 Ni(btc)/MWCNTs 的制備過程26-27
• 2.2.3 電化學(xué)性能測試27-28
• 2.3 實驗結(jié)果與討論28-35
• 2.3.1 花狀Ni-mof/MWCNTs的結(jié)構(gòu)和形貌表征28-30
• 2.3.2 花狀 Ni(btc)/MWCNTs 的電化學(xué)表征30-35
• 2.3.2.1 循環(huán)伏安性能分析30-32
• 2.3.2.2 充放電性能分析32-33
• 2.3.2.3 循環(huán)穩(wěn)定性分析33-35
• 2.3.2.4 電化學(xué)阻抗分析35
• 2.4 結(jié)論35-37
• 參考文獻37-41
• 第3章 以三聚硫氰酸-鎳(Ⅱ)為前驅(qū)體合成NiS及其電容性能研究41-56
• 3.1 引言41-42
• 3.2 實驗部分42
• 3.2.1 試劑和儀器42
• 3.2.2 NiS 的制備過程42
• 3.2.3 電化學(xué)性能測試42
• 3.3 結(jié)果與討論42-51
• 3.3.1 Ni(TCY)的形貌和結(jié)構(gòu)表征42-44
• 3.3.2 NiS的形貌和結(jié)構(gòu)表征44-46
• 3.3.3 NiS的電化學(xué)表征46-51
• 3.3.3.1 循環(huán)伏安性能分析46-47
• 3.3.3.2 充放電性能分析47-48
• 3.3.3.3 Ni(TCY)和 NiS 的電化學(xué)性能比較48-49
• 3.3.3.4 循環(huán)性能分析49-51
• 3.3.3.5 電化學(xué)阻抗分析51
• 3.4 結(jié)論51-52
• 參考文獻52-56
• 第4章 以ZIF-67 為模板的硫化鈷鎳空心多面體及其電容性能56-73
• 4.1 引言56-57
• 4.2 實驗部分57-58
• 4.2.1 儀器與試劑57
• 4.2.2 硫化鈷和鈷鎳硫空心多面體的合成57-58
• 4.2.3 電化學(xué)性能測試58
• 4.3 結(jié)果與討論58-66
• 4.3.1 硫化鈷和鈷鎳硫空心多面體的表征58-61
• 4.3.2 硫化鈷和鈷鎳硫空心多面體的電化學(xué)表征61-66
• 4.3.2.1 循環(huán)伏安性能分析61-62
• 4.3.2.2 充放電性能分析62-63
• 4.3.2.3 硫化鈷和硫化鈷鎳的電容性能分析63-64
• 4.3.2.4 循環(huán)性能分析64-65
• 4.3.2.5 電化學(xué)阻抗分析65-66
• 4.4 結(jié)論66-67
• 參考文獻67-73
• 結(jié)論與展望73-75
• 致謝75-77
• 攻讀碩士期間完成的科研成果77

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