本文關(guān)鍵詞：基于MOFs的復(fù)合物及金屬氫氧化物的制備及其超級電容器性能研究

  更多相關(guān)文章： 金屬有機骨架(MOFs) 氫氧化鈷 還原氧化石墨烯(rGO) 超級電容器 復(fù)合材料

【摘要】：本文旨在研究基于金屬有機骨架(MOFs)材料的合成及其在超級電容器電極領(lǐng)域的應(yīng)用。文中首先通過將一種Co-MOF與具有大比表面積和較好導(dǎo)電性能的還原氧化石墨烯(rGO)結(jié)合制備出Co-MOF/rGO復(fù)合材料。之后又采用一種新方法在堿液中以Co-MOF為模板,通過固-固轉(zhuǎn)化制備多孔Co(OH)2材料。最后對兩種材料用作超級電容器電極進(jìn)行了電化學(xué)性能的研究。利用Co(NO3)2·6H2O、對苯二甲酸與氧化石墨烯(GO)通過兩步法并引入VC鈉為還原劑,制備了Co-MOF/r GO復(fù)合材料。復(fù)合材料在X射線粉末衍射圖中出現(xiàn)與Co-MOF晶體相同的特征峰,證明材料中Co-MOF結(jié)構(gòu)的存在。同時,掃描和透射電子顯微鏡照片中能夠清晰地看到不規(guī)則的Co-MOF附著在石墨烯的表面,證明了二者成功復(fù)合。通過X射線光電子能譜驗證了復(fù)合材料中GO的還原。在三電極體系中對復(fù)合材料與Co-MOF分別進(jìn)行電化學(xué)性能表征,結(jié)果顯示:在10 mV s-1的掃描速度下,復(fù)合材料的最高比容量達(dá)到267.2 F g-1,約為Co-MOF材料(126.9 F g-1)的兩倍。同時復(fù)合材料表現(xiàn)出更好的速率性能。此外,文中論述了在循環(huán)伏安循環(huán)過程中Co-MOF/rGO材料在電場與弱堿性LiOH溶液的共同作用下發(fā)生了轉(zhuǎn)化,Co-MOF最終生成Co OOH且所得電極有著6倍于初始材料的比電容值和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。利用Co(NO3)2·6H2O與4,4’-聯(lián)苯二甲酸鈉制備Co-MOF并將其在氫氧化鈉溶液中進(jìn)行固-固轉(zhuǎn)化最終得到Co(OH)2材料。通過傅里葉變換紅外光譜和X射線粉末衍射驗證了由Co-MOF到Co(OH)2的轉(zhuǎn)化。掃描與透射電子顯微鏡照片顯示所制備的Co(OH)2材料具有疏松的結(jié)構(gòu)。氮氣吸脫附測試顯示該材料的BET比表面積達(dá)到92.4 m2 g-1。這種疏松多孔的結(jié)構(gòu)能夠增加材料與電解質(zhì)溶液的接觸面積,有助于電解質(zhì)溶液的滲透,縮短離子的傳輸距離,從而實現(xiàn)較好的電化學(xué)性能。材料在0.1 A g-1的電流密度下比電容值達(dá)到604.5 F g-1,并且有著優(yōu)良的速率性能和較好的循環(huán)穩(wěn)定性。將所制備的Co(OH)2與活化活性碳制成不對稱超級電容器,該電容器同樣表現(xiàn)出較好的性能。
【關(guān)鍵詞】：金屬有機骨架(MOFs) 氫氧化鈷 還原氧化石墨烯(rGO) 超級電容器 復(fù)合材料
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 超級電容器10-16
• 1.2.1 超級電容器的概念10-13
• 1.2.2 超級電容器的分類13-15
• 1.2.3 超級電容器工作原理15-16
• 1.3 金屬有機骨架（MOFs）16-20
• 1.3.1 MOFs的特點16-17
• 1.3.2 MOFs的制備方法17-18
• 1.3.3 MOFs的應(yīng)用18-20
• 1.4 石墨烯20-22
• 1.4.1 石墨烯簡介20-21
• 1.4.2 石墨烯的制備方法21-22
• 1.5 本課題的研究意義22-24
• 1.5.1 選題意義22-23
• 1.5.2 主要實驗內(nèi)容23-24
• 2 實驗藥品和技術(shù)24-29
• 2.1 藥品與試劑24-25
• 2.2 主要儀器25-26
• 2.3 材料表征技術(shù)26-27
• 2.3.1 傅里葉變換紅外光譜26
• 2.3.2 X射線衍射26
• 2.3.3 場發(fā)射掃描電子顯微26
• 2.3.4 透射電子顯微26
• 2.3.5 熱重分析26-27
• 2.3.6 比表面分析27
• 2.3.7 X射線光電子能譜分析27
• 2.4 電化學(xué)測量方法27-29
• 2.4.1 循環(huán)伏安法27
• 2.4.2 恒電流充放電法27-28
• 2.4.3 交流阻抗法28-29
• 3 Co-MOF與還原氧化石墨烯復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能29-46
• 3.1 引言29-30
• 3.2 實驗部分30-33
• 3.2.1 氧化石墨烯（GO）的制備30-31
• 3.2.2 Co-MOF材料的制備31
• 3.2.3 Co-MOF/GO復(fù)合材料的制備31
• 3.2.4 Co-MOF/rGO復(fù)合材料的制備31-32
• 3.2.5 工作電極的制備及電化學(xué)測試條件32-33
• 3.3 結(jié)構(gòu)與形貌表征33-39
• 3.3.1 X射線粉末衍射分析33-34
• 3.3.2 傅里葉變換紅外光譜分析34-35
• 3.3.3 X射線光電子能譜分析35-36
• 3.3.4 掃描電子顯微鏡及能譜分析36-38
• 3.3.5 透射電子顯微鏡分析38-39
• 3.4 電化學(xué)性能39-41
• 3.4.1 循環(huán)伏安測試39-40
• 3.4.2 恒電流充放電測試40-41
• 3.5 材料在電化學(xué)過程中的轉(zhuǎn)變41-44
• 3.6 本章小結(jié)44-46
• 4 Co-BPDC-MOF為模板制備多孔氫氧化鈷用作超級電容器電極46-65
• 4.1 引言46-47
• 4.2 實驗部分47-49
• 4.2.1 Co-BPDC-MOF的制備47
• 4.2.2 Co-BPDC-MOF為模板Co(OH)2的制備47-48
• 4.2.3 直接沉淀法Co(OH)2 的制備48
• 4.2.4 對照組實驗材料的制備48
• 4.2.5 工作電極的制備及電化學(xué)測試條件48-49
• 4.3 結(jié)構(gòu)與形貌表征49-55
• 4.3.1 傅里葉變換紅外光譜分析49-50
• 4.3.2 X射線粉末衍射分析50-51
• 4.3.3 熱重分析51-52
• 4.3.4 比表面積和孔結(jié)構(gòu)分析52-53
• 4.3.5 X射線光電子能譜分析53
• 4.3.6 透射電子顯微鏡分析53-54
• 4.3.7 掃描電子顯微鏡分析54-55
• 4.4 電化學(xué)性能55-61
• 4.4.1 循環(huán)伏安測試55-56
• 4.4.2 恒電流充放電測試56-59
• 4.4.3 交流阻抗測試59
• 4.4.4 循環(huán)穩(wěn)定性59-61
• 4.5 不對稱電容器性能61-63
• 4.5.1 循環(huán)伏安測試61-62
• 4.5.2 恒電流充放電測試62-63
• 4.5.3 循環(huán)穩(wěn)定性測試63
• 4.6 本章小結(jié)63-65
• 5 結(jié)論與展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 致謝73-74
• 個人簡歷74
• 碩士研究生期間的成果74

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