發(fā)布時(shí)間：2018-10-15 20:34

【摘要】：伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,能源危機(jī)和環(huán)境污染的加劇迫切要求尋找清潔替代能源及其相關(guān)能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化技術(shù)。多孔碳、多孔氧化物及其復(fù)合材料是廣泛應(yīng)用于超級(jí)電容器和鋰離子電池的電極材料。通常多孔材料的制備方法包括自組裝法、納米鑄造法和模板法等,其中模板法又分為軟模板和硬模板法。金屬有機(jī)骨架(MOFs)前驅(qū)體法合成多孔功能材料屬于硬模板法的一種,具有方法簡(jiǎn)單、成本低、可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。該方法也是一種制備特殊微納米結(jié)構(gòu)電極材料的有效方法,通過對(duì)電極材料微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控和設(shè)計(jì)可以有效的提高電化學(xué)儲(chǔ)能性能。本論文旨在研究開發(fā)一種以MOFs為前驅(qū)體,通過離子摻雜或高溫碳化等方法來可控設(shè)計(jì)有機(jī)金屬骨架、多孔碳、多孔氧化物及其復(fù)合電極材料的方法,以期能進(jìn)一步提高材料的電化學(xué)儲(chǔ)能性能。主要研究?jī)?nèi)容如下:首先以溶劑熱法制備了粒徑在1～2 μm的MOF-5立方體顆粒,以其為前驅(qū)體在惰性氣氛下進(jìn)行高溫炭化處理,得到保留前驅(qū)體形貌的分級(jí)孔結(jié)構(gòu)ZnO/C復(fù)合材料。900℃下處理得到ZnO/C復(fù)合材料(ZC-900)的比表面積為2214.9 m2g-1,平均孔徑為3.5 nm。將該復(fù)合材料作為電極材料測(cè)試了其在1MKCl的電解液中的電容性能,研究了熱處理溫度,形貌和孔徑分布對(duì)電容性能的影響。電化學(xué)測(cè)試表明,ZC-900在10mVs-1下的比電容為206.3 F/g,在4A/g的電流密度下循環(huán)1000次后電容保持率為96.5%,表現(xiàn)出良好的循環(huán)壽命�？梢姼叩慕榭卓兹莺捅缺砻娣e表現(xiàn)出較高的比電容和循環(huán)穩(wěn)定性。通過一步溶劑熱法制備了不同Ni摻雜量的FeNi-MIL88B-x(0≤x≤2.5)微納米棒。隨著Ni/Fe比的增加,孔道結(jié)構(gòu)從致密相向開孔相轉(zhuǎn)變,說明此時(shí)Ni2+取代了 MOFs骨架中的部分Fe3+,使晶格常數(shù)有所增加。同時(shí)添加Ni離子有效減小了微納米棒的大小。電化學(xué)研究表明,隨著鎳離子摻雜量的增加,比電容從62F/g增加到230F/g(10mV/s)。鋰電測(cè)試結(jié)果表明:在100mAh/g電流密度下FeNi-MIL88B-0.5首次放電容量達(dá)到了 490 mAh/g較Fe-MIL88B(370 mAh/g)提升了32%。為了研究基于MOFs前驅(qū)體多孔材料的電容性能,對(duì)MIL88B(Fe)和MIL88B(FeNi)樣品分別進(jìn)行不同溫度炭化處理制備金屬氧化物與碳的復(fù)合材料。XRD研究表明,600℃碳化分別得到Fe2O3/C和NiFe2O4/C復(fù)合材料,900℃則分別獲得Fe/Fe3O4/C和FeNi/NiFe2O4/C復(fù)合材料。電化學(xué)分析結(jié)果表明:炭化后樣品較前驅(qū)體具有更加優(yōu)異的比電容和電容保持率。其中FeNi/NiFe2O4/C復(fù)合材料比電容達(dá)到163.5 F/g(10 mV/s),隨掃速由10 mV/s增加至100 mV/s的電容保持率為87.15%。炭化復(fù)合材料優(yōu)異的性能歸因于電極材料均勻的顆粒度和納米尺寸,保證了電解質(zhì)溶液和電極材料的充分接觸,縮短了離子的擴(kuò)散距離。采用溶劑熱法制備了基于甲酸配體的(Co、Mn、Ni)-MOFs及其雙金屬摻雜固溶體,系統(tǒng)研究了摻雜固溶體MOFs電極材料的電化學(xué)性能。電化學(xué)性能研究表明,[Ni3(HCOO)6]在10mV/s的掃速下的比電容達(dá)到 535 F/g,高于[Co3(HCOO)6](318.8F/g)和[Mn3(HCOO)6](180.5 F/g)。對(duì)于混合金屬甲酸配體的MOFs材料,以CoNi-MOFs為例,CoxNi1-x(HCOO)6比電容明顯優(yōu)于單一金屬甲酸配體的MOFs材料的比電容,其中[Co1.5Ni1.5(HCOO)6]比電容達(dá)到888.8 F/g(10mV/s)。對(duì)甲酸配體MOFs進(jìn)行鋰電測(cè)試,在100 mA/g的電流密度下,[CO1.5Ni1.5(HCOO)6]首次放電容量為1515 mAh/g 優(yōu)于[Co3(HCOO)6](1181 mAh/g)和[Ni3(HCOO)6](1020 mAh/g)比容量。
[Abstract]:Along with the rapid development of economy, the intensification of energy crisis and environmental pollution urgently need to find a clean alternative energy source and its related energy storage and transformation technology. the porous carbon, the porous oxide and the composite material thereof are electrode materials which are widely applied to super capacitors and lithium ion batteries. Generally, the preparation method of porous material includes self-assembly method, nano-casting method and template method, wherein the template method is divided into soft template and hard template method. The metal organic framework (MOFs) precursor synthesis porous functional material belongs to a hard template method, and has the advantages of simple method, low cost, strong controllability and the like. The method is also an effective method for preparing special micro-nano structure electrode materials, and the electrochemical energy storage performance can be effectively improved through the regulation and design of the micro structure of the counter electrode material. The purpose of this paper is to develop a method for designing organic metal skeleton, porous carbon, porous oxide and composite electrode material by using MOFs as a precursor and by ion doping or high temperature carbonization, so as to further improve the electrochemical energy storage performance of the material. The main research contents are as follows: firstly, a MOF-5 cubic particle with a particle size of 1 to 2. m u.m is prepared by a solvent thermal method, and the precursor is subjected to high-temperature carbonization treatment under an inert atmosphere; The specific surface area of ZnO/ C composites (ZC-900) was 2214. 9 m2g-1 at 900 鈩，

本文編號(hào)：2273760