【摘要】：隨著能量存儲(chǔ)設(shè)備的廣泛使用,超級(jí)電容器作為一種性能優(yōu)異的新型儲(chǔ)能元件,因具有高功率密度、高能量密度、循環(huán)壽命長和綠色環(huán)保等特點(diǎn),成為近年來能量存儲(chǔ)研究的熱點(diǎn)。超級(jí)電容器儲(chǔ)能效果的差異主要取決于電極材料的結(jié)構(gòu)。金屬有機(jī)有機(jī)骨架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是一種新型多孔晶態(tài)材料,因其具有結(jié)構(gòu)多樣,孔徑可調(diào),有多金屬活性位點(diǎn),超低密度等特點(diǎn)而被廣泛研究用作超級(jí)電容器電極材料。本文以4,4'-聯(lián)苯二甲酸為有機(jī)配體,Ni2+和Co2+為中心離子,采用溶劑(水)熱法在不同溶劑體系下制備出不同形態(tài)的雙金屬NiCo-MOF。探討Ni/Co/BPDC摩爾比,反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)鎳鈷雙金屬M(fèi)OFs的微觀結(jié)構(gòu)與電容性能的影響,揭示NiCo-MOFs的微觀結(jié)構(gòu)與電容性能的構(gòu)效關(guān)系,提出對(duì)MOFs結(jié)構(gòu)的調(diào)控方法。并將最佳條件下的NiCo-MOF進(jìn)行氮?dú)夥罩械蜏責(zé)崽幚?進(jìn)一步優(yōu)化其結(jié)構(gòu)。通過SEM,TEM,XRD,FTIR,Raman,EDS面掃,氮吸附分析等測(cè)試手段表征其結(jié)構(gòu),并在電化學(xué)工作站上測(cè)試其在水系堿性電解液中的循環(huán)伏安,恒流充放電、交流阻抗、倍率特性和循環(huán)壽命等電容性能。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)分別在DMF-EtOH、DMF-DMSO和DMF溶劑體系下采用溶劑熱法制備出了一系列的NiCo-MOF粉體,它們?cè)谖⒂^上均表現(xiàn)為由二維納米片組裝成的三維多孔微球結(jié)構(gòu),二維納米片的形成主要源于鎳鈷離子與BPDC是以四配位的方式結(jié)合生成MOFs的。其中DMF-EtOH體系下合成的NiCo-MOF-1表現(xiàn)出最佳的形態(tài)和電容性能,其最佳制備條件為1:1:1,12 h,170℃。NiCo-MOF-1主要以介孔為主,BJH平均孔徑為15.1nm,在350℃以下空氣中可保持一定的穩(wěn)定性。溶劑熱NiCo-MOF-1的比電容達(dá)到936.8 F/g(1.0 A/g),1000次充放電后比電容仍為449.2 F/g,保持率為48.8%。通過350℃氮?dú)獾蜏責(zé)崽幚硎蛊浣Y(jié)構(gòu)均質(zhì)化,其比電容雖降為656.4 F/g(1.0A/g),但具有良好的倍率特性和循環(huán)穩(wěn)定性,在3000次循環(huán)后比電容仍為486 F/g,電容保持率為81.0%。不同溶劑體系制備的NiCo-MOF微球因片層組裝的疏松程度不同而導(dǎo)致電容性能有所差異,DMF-DMSO和DMF體系下制備的NiCo-MOF在1.0 A/g的比電容僅為781.1 F/g和404 F/g。(2)水熱法合成的NiCo-MOF粉體在微觀上呈現(xiàn)為由一維微納米棒組裝的三維長方體結(jié)構(gòu)。一維微納米棒的形成主要源于BPDC與氫氧化鈉反應(yīng)生成的聯(lián)苯二甲酸鈉有較強(qiáng)的表面活性,在水中生成了棒狀膠束,從而引導(dǎo)NiCo-MOF以此為模板生長出一維微納米棒結(jié)構(gòu)。水熱法制備NiCo-MOF的最佳條件為1:1:2,12 h,170℃。通過在堿性電解液中進(jìn)行多次循環(huán)伏安和充放電實(shí)現(xiàn)電化學(xué)激活,水熱法合成的NiCo-MOF能快速轉(zhuǎn)變成氫氧化物,比電容由最初的156.5 F/g提高至990.7 F/g(1.0 A/g),在0.5 A/g達(dá)到1056.6 F/g的高電容量,在20 A/g時(shí)仍有405.0 F/g的容量。在1.0 A/g電流密度下經(jīng)3000次充放電后比電容仍為553.2 F/g,電容保持率為55.8%。水熱法制備的NiCo-MOF經(jīng)400℃氮?dú)獾蜏責(zé)崽幚砗笤?.5 A/g下比電容為550.1 F/g,10 A/g時(shí)電容仍保持368.0 F/g,具有良好的倍率特性和循環(huán)穩(wěn)定性,3000次循環(huán)后電容保持率為89.6%(1.0 A/g)。
【圖文】：

5bdc，H2bpdc，H3btc 和 H3btb)制備含鋅 MOF(Zn-bdc，Zn-bpd的結(jié)構(gòu)和 SEM 圖tructures and SEM images of organic struts (H2bdc, H2bpdc, H3btcZn-containing MOFs (Zn-bdc, Zn-bpdc, Zn-btc and Zn-btb)c、Zn-bpdc、Zn-btc、Zn-btc 和 Zn-btb 晶體的有機(jī)支柱.2 所示)。Jin 等[51]同樣以 BPDC 為有機(jī)配體，F(xiàn)e 作金屬

1 緒論NiCo-MOF 的結(jié)構(gòu)與電容穩(wěn)定性。深入探討各反應(yīng)條件對(duì)鎳鈷雙金屬 MOFs 的結(jié)構(gòu)與電容性能的影響規(guī)律，尋找 NiCo-MOF 微觀結(jié)構(gòu)與其電容性能的構(gòu)效關(guān)系，，提出具有良好電容性能的 NiCo-MOF 的結(jié)構(gòu)調(diào)控方法。并分析不同形態(tài)的 NiCo-MOF 的形成機(jī)理。1.6.2 技術(shù)路線
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM53;O641.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 王子逢;基于MOFs的復(fù)合物及金屬氫氧化物的制備及其超級(jí)電容器性能研究[D];鄭州大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2633632