论文部分内容阅读
金属有机框架(Metal-organic frameworks,MOF)材料作为一种有机-无机材料,具有结构多样性、孔径可调、比表面积大及配体多样等特性。MOF材料作为电极材料在超级电容器中的应用,一直广受研究者们的关注。然而传统的单金属MOF普遍具有较差的导电性和较大的电阻,阻碍了其作为电极材料的应用。因此本论文致力于研究异金属MOF及其衍生物,并测试了他们的超电性能。内容主要包括以下几个部分:使用硫代乙酰胺成功将砖块形Ni/Co-烟酸盐MOF转化为介孔型材料Ni2CoS4。电化学测试结果揭示了Ni2CoS4具有优良的电化学性能,在电流密度1 A g-1下比电容为1466.8 F g-1。此外,将Ni2CoS4材料与活性炭(AC)组装成了不对称超级电容器(ASC)装置,Ni2CoS4//AC ASC展示了功率密度1066.8 W kg-1时能量密度为37.8 Wh kg-1,并且在10000次充放电循环后高达113.7%的电容保持率,说明Ni2CoS4//AC ASC具有卓越的化学稳定性。利用Co(NO3)2·6H2O在无水乙醇溶液中刻蚀纳米球Ni-MOF,通过调节Co(NO3)2·6H2O与Ni-MOF的质量比和反应时间合成了由纳米片组装成的纳米花状结构的双金属Ni/Co-MOFs。其中最优化的Ni/Co-MOF-5表现出优异的电化学性能,其在电流密度1 A g-1和10 A g-1下比电容分别为1220.2 F g-1和986.7 F g-1。为了扩展MOFs材料的发展空间,进一步用硫代乙酰胺硫化Ni/Co-MOF-5得到了纳米颗粒状的Ni-Co-S,在电流密度1 A g-1下Ni-Co-S电极比电容为1377.5 F g-1,且具有良好的倍率性能。即使在3000次充放电循环之后,电容保持率可维持在93.7%。此外组装的Ni/Co-MOF-5//AC ASC和Ni-Co-S//AC ASC装置的电化学测试结果表明均有比较高的功率密度和能量密度且循环稳定性良好。以Ni-MOF前驱体为原料,首先制备了Ni/Co-前驱体@Ni-MOF阵列。然后将Ni/Co-前驱体@Ni-MOF阵列经硫化和热退火处理,制备出了棒棒糖型的NiCo2S4@Ni3S2和NiCo2O4@NiO无机纳米阵列。在KOH溶液中,对NiCo2S4@Ni3S2和NiCo2O4@NiO纳米阵列进行了电化学测试,在电流密度1 A g-1时NiCo2S4@Ni3S2和NiCo2O4@NiO电极比电容分别为1536.8 F g-1和1033.4 F g-1。此外,我们组装了NiCo2S4@Ni3S2//AC ASC和NiCo2O4@NiO//AC ASC装置,NiCo2S4@Ni3S2//AC ASC装置在功率密度724.9 W kg-1时能量密度为35.3 Wh kg-1,NiCo2O4@NiO//AC ASC装置在功率密度720.6 W kg-1时能量密度为24.5 Wh kg-1。在电流密度10 A g-1下进行充放电循环10000次后,NiCo2S4@Ni3S2//AC ASC比电容保持率为97.4%,NiCo2O4@NiO//AC ASC装置比电容保持率为113.5%。这些结果表明集成的纳米阵列结构以及双金属硫化物或氧化物对材料的电化学性能有提高的作用。综上所述,本文致力于调控合成新型的异金属MOF材料,并寻求最佳转化方法将MOF转化金属氧化物/硫化物,从而提高材料的电化学性能。