發(fā)布時間：2017-12-19 08:04

  本文關(guān)鍵詞：二維導(dǎo)電MOF晶態(tài)多孔薄膜的電學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： 金屬有機(jī)框架 超級電容器 電極材料 鋰硫電池 隔膜

【摘要】：金屬有機(jī)框架(Metal-organic frameworks,MOFs)材料是由金屬離子和有機(jī)配體通過自組裝,得到的具有多樣化可調(diào)諧結(jié)構(gòu)以及獨(dú)特構(gòu)效關(guān)系的新型多孔材料。在二十幾年的研究過程中,MOFs材料已經(jīng)被廣泛用于氣體存儲與分離、傳感、藥物運(yùn)輸、催化、磁性、發(fā)光、電學(xué)等領(lǐng)域。隨著對小型便攜式儲能裝置、柔性可穿戴器件、汽車自動化、大型智能電網(wǎng)存儲系統(tǒng)的發(fā)展需求,各種各樣具有理想電學(xué)性能的儲能系統(tǒng)被廣泛研究。近年來,超級電容器和鋰硫電池因具有較高的能量密度受到廣泛關(guān)注。結(jié)合MOFs材料具有較高比表面積、可修飾孔內(nèi)壁、可調(diào)諧孔道大小、豐富的活性位點(diǎn)等優(yōu)勢,對其進(jìn)行電學(xué)性能的研究逐漸成為研究熱點(diǎn)。本論文中我們基于一種具有類石墨烯結(jié)構(gòu)的高導(dǎo)電性二維層狀MOF-Ni_3(HITP)_2開展了以下工作:一、本文第二章中通過原位生長的合成方法,成功將Ni_3(HITP)_2薄膜負(fù)載到碳紙上。然后將負(fù)載該MOF薄膜的碳紙作為超級電容器電極材料應(yīng)用,在水體系中研究其相關(guān)電學(xué)性質(zhì)。通過高倍掃描電鏡(HRSEM)可以觀察到負(fù)載于碳紙上的Ni_3(HITP)_2薄膜具有良好的納米線結(jié)構(gòu)。對其進(jìn)行電學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn),該MOF薄膜電極構(gòu)成的超級電容器顯示出典型的雙電層電容性質(zhì),具有約156 F g~(-1)的放電容量,且在500個循環(huán)內(nèi)容量保持率約84.7%,具有較好的循環(huán)性。二、本文第三章中將該導(dǎo)電MOF作為鋰硫電池的隔膜組份使用。利用一種“氣-液”界面原位可控的生長方法在商業(yè)的Celgard隔膜(PP膜)基礎(chǔ)上制備出一個以二維導(dǎo)電MOF-Ni_3(HITP)_2為活性功能層的Ni_3(HITP)_2-隔膜。首次將純MOF材料在不添加任何粘結(jié)劑及導(dǎo)電劑的情況下作為鋰硫電池中的隔膜功能組份使用。通過高倍掃描電鏡可以觀察到Ni_3(HITP)_2在商業(yè)PP膜表面均勻、致密的負(fù)載。由于該MOF具有約1.4 nm的孔尺寸以及優(yōu)異的導(dǎo)電性,Ni_3(HITP)_2-隔膜鋰硫電池在充放電過程中不僅可以為Li~+提供有效的擴(kuò)散通道,還可以有效的抑制“飛梭效應(yīng)”,大大提高活性硫的利用率。在Ni_3(HITP)_2-隔膜功能活性物質(zhì)負(fù)載量極小(0.066 mg cm~(-2)),厚度僅約480 nm(遠(yuǎn)小于碳材料等微米級別的尺寸)時仍顯示出較高的初始容量、優(yōu)異的循環(huán)性能以及良好的倍率性能。當(dāng)正極材料硫負(fù)載量約3.5 mg cm~(-2),在0.2 C下表現(xiàn)出高達(dá)1244mAh g~(-1)的初始容量,顯示出較高的比容量;1 C 500個循環(huán)內(nèi)容量保持率達(dá)84.1%,顯示出良好的循環(huán)性能,且其庫倫效率均高達(dá)約98%。除此之外,在高硫負(fù)載量(8.0 mg cm~(-2))情況下,依舊具有很高的比容量及優(yōu)異的循環(huán)性能。
【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】：2017
【分類號】：O646;TB383.2

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