MOFs为模板的电容器电极材料的制备及性能研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:mabin85281528
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电化学电容器,也称超级电容器,由于具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等优点,在能源储备技术领域有着广泛的应用前景,而发展高性能的超级电容器的关键在于对于电极材料的研究。金属有机骨架化合物(MOFs)是由金属离子和有机配体通过自组装形成的一类多孔晶体材料,基于较高的比表面积、可调控的孔道结构以及富含有机物质等优点,MOFs被认为是一种理想的超级电容器电极材料的前驱体和模板剂。在本研究中,我们分别以含锌的金属有机骨架化合物MAF-6和含钴的配位聚合物ZSA-1作为模板剂。金属锌由于沸点较低,在惰性气氛中热解后可以直接得到多孔碳材料,研究其双电层电容器电化学性能;金属钴具有变价,是一种极好的赝电容器电极材料,因此,我们以含钴的MOFs为模板剂,通过对煅烧条件的控制,制备金属氧化物和碳材料复合的电极材料。并进一步通过XRD、SEM、TEM、氮气吸脱附和拉曼等测试手段对合成的多级孔碳材料和Co3O4@Carbon的复合物进行表征。以微孔的类沸石金属有机骨架化合物MAF-6为模板剂和前驱体,制备具有多级孔结构的碳材料。碳化以后得到的多级孔碳材料完美地保留了前驱体MAF-6的形貌,但是颗粒尺寸比MAF-6小很多。特别是HPC1000-5展现出较高的比电容值(在电流密度为0.2 A·g-1时的比电容是283.4 F·g-1),以及在水系电解液中极好的循环性能;通过简单的一步法,焙烧微孔钴基金多孔配位聚合物ZSA-1,制备具有介孔分布的Co3O4@carbon复合物材料。碳化以后很好的保留了前驱体ZSA-1的八面体形貌,得到的八面体结构是由直径约为10 nm的不规则纳米颗粒堆积而成。Co3O4@carbon复合物具有孔径约为3.6 nm的介孔孔道,电化学性能测试表明Co3O4@carbon在电流密度为0.2 A·g-1时的比电容值为205.4 F·g-1
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