论文部分内容阅读
Cu-MOF-199是一种具有典型“孔笼-孔道(pocket-channel)”结构的材料,其孔道是三维交叉的正方形,具有较高孔隙率;单壁碳纳米管(SWCNTs)具有优异的电子、机械、力学等性能,尤其是对电子和空穴都具有超高的迁移率;热固性酚醛树脂合成原料廉价易得、合成方法安全简单,并且可通过发泡工艺和碳化工艺调整材料孔径和比表面积,由此成为我们首选的碳源材料;氧化石墨烯(GO)中含有大量的含氧官能团,可以与其它材料形成各种非共价键作用力,从而引导其它材料发生结构上的变化;GO经还原后得到的rGO不仅具有超大的比表面积,而且还有极高的电子迁移率,能提高电极材料的电化学性能。本文基于Cu-MOF-199制备了三种复合材料:Cu-MOF-199/SWCNTs(单壁碳纳米管)、Cu-MOF-199/PF(酚醛泡沫)、Cu-MOF-199/GO(氧化石墨烯),并通过SEM、FTIR、XRD、N2吸脱附实验等对材料结构进行了表征与分析;然后经过后续工艺处理,将它们分别应用于电化学传感器、双电层电容器和法拉第赝电容器中,利用CV、DPV、CP、EIS等电化学方法对材料的电化学性能做了探讨,制备了性能优良的电极材料。首先,我们通过滴加和电沉积的方法将复合材料Cu-MOF-199/SWCNTs修饰到玻碳电极上,制备了性能优良的电化学传感器,用以检测水质中的污染物—邻苯二酚(CT)和对苯二酚(HQ)。基于复合材料Cu-MOF-199/SWCNTs的优良性能,制备的电化学传感器对HQ和CT的检测范围非常大,分别为0.11453μmol·L-1(RHQ=0.9999)和0.11150μmol·L-1(RCT=0.9990);并且HQ和CT的检测限(S/N=3)分别为0.08μmol·L-1和0.1μmol·L-1。此外,制备的电化学传感器具有良好的实用性能,HQ和CT的回收率范围分别是96.38101.9%和96.52103.5%,二者的标准偏差RSD均在5%以内。然后,我们通过掺杂的方法将一定量的Cu-MOF-199与酚醛树脂(PF)复合,依此探讨了酚醛树脂黏度、材料配比、碳化温度等因素对复合材料性能的影响,又通过发泡工艺、碳化工艺制备了性能优良的多孔复合材料Cu-CuxO/C-PF,并用作双电层电容器的电极材料。经过一系列实验得出,酚醛树脂黏度为3.90Pa·s(25℃)、Cu-MOF-199在酚醛树脂中掺杂比例为4%、碳化温度为900℃时,制备的复合材料性能最好,其BET比表面积达到848.6 m2·g-1,最大比电容在0.1A·g-1的电流密度下可达229.60 F·g-1。最后,我们通过改良的Hummer法制备了氧化石墨烯GO、溶剂热法合成了Cu-MOF-199/GO复合材料,依次对原料配比、碳化温度等条件做了优化,并通过碳化工艺,制备了多孔复合材料Cu-CuxO-C/rGO,将其用作法拉第赝电容器的电极材料。经实验确定了GO掺杂比例为10%、碳化温度为700℃时,复合材料的电子传导能力好、BET比表面积大、电容性能最优,最大比电容达到1259.99F·g-1(电流密度0.1 A·g-1)。