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金属有机框架(MOF)结构材料作为一种新型多功能材料,受到了学者们的广泛关注和深入研究。由于其兼具无机材料和有机材料的特性,而且还具有孔隙率高,比表面积大,结构与功能可调控等优点,使其在气体储存,催化,生物医学,荧光传感,储能等诸多领域有着广阔的应用前景。本文主要以一类双金属甲酸框架MOF作为研究中心,通过实验室常用的溶剂热法制备了化学式为[NH2(CH3)2][FeⅢMⅡ(HCOO)6](M=Fe、Mn、Co)的三种MOF材料,并对其结构与性能进行了研究。随后,将三种MOF材料与PVDF聚合物基体复合,以更好地发挥其铁电性能优势,且更好的应用到实际生产中。最后,以这三种MOF为前驱体,制备出具有多孔碳/金属氧化物结构的衍生物,探究其衍生物在作为超级电容器的电极材料方面的应用。主要分以下三个部分进行了研究:(1)采用溶剂热法制备得到了三种MOF材料FeFe-MOF、FeMn-MOF和FeCo-MOF。FTIR、XRD和SEM分析表明三种MOF材料具有类似的结构与形貌,且证实其化学式为[NH2(CH3)2][FeⅢMⅡ(HCOO)6](M=Fe、Mn、Co),此种方法简单易得且环保。根据多铁电MOF材料的性质可知,其中客体分子均存在一个相变,本文合成的这类材料相变在比-80℃更低的区间内。磁性能分析表明,在80 K-300 K的温区中,所合成的MOF材料均未发生磁相变,并判断这三种MOF材料均为亚铁磁化物。介电性能显示,三者具有类似的介电行为,在104 Hz下介电常数在11-13之间,且具有较小介电损耗。(2)使用熔融共混的方法将(1)中合成的MOF与PVDF基体复合,制备得到了一系列MOF/PVDF复合薄膜。从SEM照片中可以看到,在相同的质量分数(5 wt%)下,三种MOF材料在PVDF中都有着较好的分散性。FTIR与XRD分析表明,选择适量的MOF材料作为填料,有助于促进PVDF的晶型转变,从而提高复合材料的介电性能。进一步研究了MOF填料的添加量对复合材料的介电性能影响,结果显示在添加量为5 wt%时,具有最好的介电性能,即较高的介电常数和较低的介电损耗。当MOF的质量分数超过高于5%之后,由于整个复合材料的缺陷增加,从而导致了介电性能的变差,尤其是增大了介电损耗。(3)以(1)中制备的MOF为前驱体,通过高温热处理制备了其衍生物C-FeFe-MOF、C-FeMn-MOF和C-FeCo-MOF三种复合材料,表征结果证实C-MOF为多孔碳-金属氧化物。而兼具了碳材料的高导电性和金属氧化物的赝电容特性,还有适合电解液与活性物质反应时粒子穿梭的多孔结构,使这种衍生物复合材料具有较大潜力成为超级电容器的电极材料。电化学分析结果也进一步证实了该结论。三种材料作为电极材料都具有较好的循环可逆性,较高的比容量和较好的循环稳定性。阻抗测试分析结果显示,这三种工作电极具有较小的内阻,说明MOF基复合结构材料作为超级电容器的电极材料具有较大的应用前景。其中C-FeMn-MOF具有最高的比容量(在0.5 A/g的电流密度下进388.9F/g)和最好的循环稳定性(在1 A/g的电流密度下循环5000次后,保持率为93.7%)。说明C-FeMn-MOF复合材料具有更适合的微观结构,同时Mn金属也更适合用来做超级电容器的活性物质。