基于手性小分子构筑的纯手性金属有机配位聚合物的合成及其衍生物材料的电化学性能研究

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金属有机框架结构(MOFs)因其结构的复杂性及多样性,目前已成为材料科学领域中的热点方向之一。本论文利用简便的化学方法,设计、制备具有特殊功能的纯手性MOFs材料,将其作为前驱体制备MOFs衍生物材料,结合扫描电子显微镜(SEM)、X-射线粉末衍射(XRD)、X光电子能谱仪(XPS)、拉曼光谱分析(Raman)等表征手段对其进行形貌测试和结构分析。组装成纽扣式对称超级电容器,研究其电化学性能。论文的主要研究内容如下:(1)采用简单的水热法合成了一个基于L-二苯甲酰酒石酸配体的纯手性配位聚合物,即Cd-MOF。在不同温度下对其进行碳化得到两种纳米多孔碳材料(NPCs),对材料进行一系列表征,研究衍生物材料的形貌和结构组成,并将其作为电极材料组装成超级电容器进行电化学测试。电化学测试表明,较高温度下获得的NPCs拥有1025 m2 g-1的高比表面积,且电流密度为0.25 A g-1时比电容为257.2 F g-1。(2)采用水热法合成了一个基于L-组氨酸配体的纯手性配位聚合物,即Zn-MOF,分别在700℃和800℃下对两个晶体进行碳化,通过一系列表征判定衍生物材料分别为ZnO包裹碳纳米棒材料和ZnO纳米管负载碳量子点材料,将两种衍生物材料作为电极材料组装成超级电容器进行电化学测试,测试表明800℃下得到的ZnO纳米管负载碳量子点材料电化学性能更好,充放电性循环3000次后容量保留为91.02%。(3)利用水热法合成了一个基于L-色氨酸配体的纯手性配位聚合物,即Co-MOF。分别在700℃和800℃下采用一步烧结法制得两种新型碳材料,对其进行SEM、XRD、XPS、Raman表征,将其作为电极材料组装成超级电容器进行电化学测试。测试结果显示800℃下得到的碳材料电化学性能更为优异,充放电循环3000次后容量保留为87.2%。
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