论文部分内容阅读
金属有机骨架材料（Metal Organic Frameworks）是一类重要的具有多孔结构的无机-有机杂化材料,由于其可用作MOFs衍生材料制备的牺牲模板,引起了材料研究者的极大关注。我们的研究工作主要以已经合成的经典MOFs材料为模板,通过开发新颖的后处理方式和合理的组分控制手段,获得衍生纳米材料,深入研究此类复合材料性能的优化,为其在解决能源和环境问题中的应用奠定基础。本论文通过改善合成条件,用简单快捷的合成方法合成了三种新型的MOFs衍生材料,并且将其应用到了超级电容器和锂离子电池电极材料中。1.我们使用简单、快速的搅拌方法合成了纳米尺寸的ZIF-67,并通过高温碳化得到了Co/Co3O4掺杂的碳氮多孔纳米材料。纳米材料的形貌尺寸均一,在钴元素的催化作用下,碳元素向外生长形成碳纳米管结构,形成纳米管的外端包覆钴纳米球的独特三维网状结构,产物用作超级电容器电极材料展现出了良好的电化学性质,800℃碳化的产物表现出最佳的电化学性质,比电容达到492 F g-1,且拥有较小的电压降,同时表现出良好的倍率性能。经过1000次的循环充放电后仍能保持96.9%的比电容值,说明材料有着良好的稳定性,在超级电容器中具有很高的应用潜力。2.我们以硝酸锌、硝酸钴、二甲基咪唑和十六烷基三甲基溴化铵为初始原料,通过两步反应得到了具有中空纳米结构的双金属硫化物（Zn,Co）S纳米晶。该纳米材料形貌为空心立方体,尺寸约为50 nm,通过对材料（Zn,Co）S进行氮气吸附/脱附测试,发现材料具有较大的比表面积,BET比表面积高达251.4 m2·g-1。其作为超级电容器电极材料表现出了较好的电化学性能,在电流密度为3 m A cm-2时,其比电容为423.3 F g-1,在电流密度为10 m A cm-2时,充放电2000次,还能保持59%的原始电容,是有潜力的超级电容器材料。3.我们以钴掺杂的ZIF-8纳米材料为前体,通过快速、便捷、环境友好的喷雾热解法合成了形貌均匀的ZnS/CoS/CoS2@氮掺杂碳纳米材料。对其结构和形貌分析的结果表明ZnS/CoS/CoS2纳米晶均匀生长在相互连接的C-N骨架上。我们详细研究了所合成的纳米材料作为锂离子电池的负极材料时的电化学性质,测试结果表明所制备的新型复合材料具有高可逆比容量,优异的循环性和倍率性能。在电流密度为100 m A g-1的条件下,200次充电/放电循环后,材料仍然能保持622.7 m A h g-1的可逆比容量,在同类材料中处于较高水平。材料在新型锂电池材料开发领域具有很大潜力,并且具备大规模商业化的可行性。