MOFs基多孔炭材料的制备及其电化学性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:adidas9910
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,随着科技、经济的快速发展,全球能源消耗逐渐加快,人类赖以生存的自然环境也遭到不可修复的破坏,为避免资源危机与环境恶化,必须寻找先进的能量转换和储存技术。超级电容器作为一种新型绿色电化学储能原件,与传统电容器相比,具有功率密度大、适用温度范围广、充放电速度快、效率高、稳定性强、电流大、循环使用寿命长、环保无污染等诸多优点,逐渐受到人们广泛的关注。但其也存在能量密度较低的缺点,为解决这一问题,需探寻具有高比电容的新型电极材料。金属-有机框架材料(metal-organic frameworks,MOFs)是一种以中心金属离子或金属簇为节点、有机配体为连接单元,在配位键的作用下通过自组装而形成的具有周期性网络结构的多孔材料,由于具有比表面积大、孔隙率高、孔尺寸可调、结构多样性和稳定性强等优点,在电池电极材料领域具有潜在的应用价值。通过热解法将MOFs材料转变为纳米多孔炭材料,不仅保留了MOFs材料原有的结构特点,还可以解决MOFs材料微孔过多介孔较少及存在半孔或孔堵塞现象的不足,使其具有更大的比表面积和合理的孔径分布,有利于提高其电化学性能。本文采用水热法合成两种铁基MOFs材料,将其作为炭前驱体,经一步炭化法制备得到多孔炭材料,通过XRD、TGA、Raman、SEM、TEM、BET及XPS表征其微观结构,考察不同炭化温度、活化剂及氮元素掺杂对多孔炭材料电化学性能的影响。本论文的主要研究工作包括以下几个方面:(1)采用水热法合成金属有机框架[Fe3O(1,4-bdc)3(H2O)3]Cl(H2O)x,将其作为炭前驱体,在惰性气体氛围中,经一步炭化法制备得到了多孔炭材料MC101-T,考察了炭化温度、活化剂及氮元素掺杂对其微观结构和电化学性能的影响。结果表明,当炭化温度为800°C、炭化时间为2 h时,制备得到的多孔炭材料MC101-800比表面积达300.85 m2 g-1,在三电极体系中,6 M KOH作为电解液,电流密度为1.0 A g-1时比电容达130 F g-1。当电流密度为2.0 A g-1时,经5000次恒电流充放电之后电容保留率为64.62%,表现出较好的电化学性能和循环稳定性。当MC101-800:KOH=1:3时,制备得到的多孔炭材料MC101-800-1:3具有最佳电化学性能,在6 M KOH的电解液中,当电流密度为1.0 A g-1时,其比电容达181 F g-1。当MC101-800:尿素=1:4时,制备得到的多孔炭材料NMC101-800-1:4具有最佳电化学性能,在6 M KOH的电解液中,当电流密度为1.0 A g-1时,其比电容达160 F g-1。(2)采用水热法合成金属有机框架[Fe3O(1,4-BDC)3(DMF)3][FeCl4](DMF)3],将其作为炭前驱体,在惰性气体氛围中,经一步炭化法制备得到了多孔炭材料MC235-T,考察了炭化温度及活化剂对其微观结构和电化学性能的影响。结果表明,当炭化温度为800°C、炭化时间为2 h时,制备得到的多孔炭材料MC235-800比表面积达303.59 m2 g-1,在三电极体系中,6 M KOH作为电解液,电流密度为1.0 A g-1时比电容达124 F g-1。当电流密度为2.0 A g-1时,经5000次恒电流充放电之后电容保留率为62.10%,表现出较好的电化学性能和循环稳定性。当MC235-800:KOH=1:3时,制备得到的多孔炭材料MC235-800-1:3具有最佳电化学性能,在6 M KOH的电解液中,当电流密度为1.0 A g-1时,其比电容达170 Fg-1
其他文献
电极材料和电解液是决定超级电容器电化学性能的重要因素。碳材料因其高比表面积、可控的形貌、良好的导电性、低成本以及环境友好性等优点是双电层超级电容器理想的电极材料。各类生物质因其资源丰富、种类多样、可再生、廉价和环境友好等优点被广泛应用于制备碳基储能材料。本论文以廉价的生物质材料为原料制备高性能的多孔碳电极材料,研究其形貌、孔分布以及表面元素与其电化学性能之间的构效关系,并将其应用于高性能超级电容器
相较于有线通信与有线能量传输,无线通信与无线能量传输摆脱了线缆的束缚,具有用户友好性的特点,有助于环境保护。与远场通信和远场无线充电相比,近场通信和近场无线充电具有
在改革开放40年的发展历程中,虽然流通业对社会经济的贡献度以及在国家产业体系中的重要性逐渐被全社会接受,流通业已经成为我国经济的基础和先导性产业,但当前流通业的发展
目的:了解延安市胃癌患者信息需求的现状,探讨胃癌患者信息需求的影响因素,在今后医疗护理中为患者实施有针对性的信息支持和健康教育提供参考。方法:1.搜索国内外肿瘤患者信息需求的相关文献,在整理现有文献的基础上,结合临床实践制订患者一般情况资料表、质性研究访谈提纲、确定量性研究调查工具。2.采用目的抽样的方法选取延安市三级甲等医院的11名胃癌患者,根据制订的访谈提纲进行半结构访谈,访谈结束后由两名研究
自21世纪以来,我国人口结构发生了一些变化,新的社会形态——老龄化社会出现,与之带来了大量的问题。与此同时,我国乡村的老龄化形势比城市更加严峻,并且乡村老年人存在着生
喷水推进泵在推动航行器运动时,泵体处于航行器外部钝体绕流、推进泵内部流动及喷管淹没射流三种不同性质的流场中,且喷管淹没射流尾迹区产生的湍流拟序结构对喷水推进泵的外流场结构和推力特性会产生一定影响。针对这一现象,本文采用数值模拟与涡动力学相结合的方法对喷水推进淹没射流产生的尾涡环进行分析研究。本文首先采用大涡模拟湍流模型对喷管射流产生的尾涡环进行了数值模拟,并与他人已有的实验结果相对比检验了计算方法
目的:应用实时三维超声斑点追踪成像(real-time three-dimensional ultrasonic speckle tracking imaging,RT3D-STI)技术定量评价左心室射血分数正常的早发性卵巢功能不全(premature ovarian insufficiency,POI)亚临床左心室心肌收缩功能改变。方法:本研究选取2018年10月-2019年9月于本院更年期妇科
在语言学习中,词汇可以说是语言学习的基石。也就是说,词汇可以被看作是语言学习必不可少的一部分。除了有意的词汇学习以外,附带词汇习得也是一种有用的词汇学习方式。最近几年,有一些关于在阅读中进行附带词汇习得的研究,此外,为了解决阅读中词汇附带习得的一些问题,很多研究者开始对注释进行研究。然而,即使有很多研究探索了不同注释语言对词汇附带习得的影响,但是很少有关于阅读中不同注释语言对不同类型词汇的附带习得
在当代信用经济的背景下,随着所有权保留制度这种非典型担保方式的广泛运用,其于交易市场中展现出了日益强大的生命力。以所有权保留制度为出发点,在担保卖主债权和实现买主意图从标的物上获得价值增值的追求之间寻求一个良好的平衡,此时买主期待权作为其衍生物应运而生。自期待权这一概念创设以来,德国学界就没有停止过争议,对期待权的性质有诸多不同的观点和看法。我国现行立法因期待权性质的复杂性而仍未对其作出明确的相关
随着石油能源短缺和环境污染问题越来越突出,电动汽车由于环保节能而受到社会的关注。电动汽车提供拼车服务既节能环保又提高了车辆利用率,但由于电池技术的制约,必须考虑充