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金属-有机框架(MOFs),也叫做多孔配位聚合物(PCPs),由于它们在气体吸附、分离、分子储存、异相催化等方面都有潜在的应用,因此越来越引起人们的兴趣。本文设计并合成了两种羧酸配体,利用这些配体和金属离子构筑了具有良好功能的金属有机框架材料,并研究了它们的结构和性质之间的联系,为设计以及合成新型MOFs材料提供了一些新的思路和方法。本论文一共可分为五章。 第一章,阐述金属-有机框架材料的研究进展,重点介绍在电化学方面的应用。同时概述了本论文选题意义。 第二章,通过设计合成四种羧酸类配体L1-4,{L1(1,1,1"-(1,3,5-triazine-2,4,6-triyl)tripiperidine-3-carboxylic acid)、L2(1,1,1"-(benzene-1,3,5-triyl)tripiperidine-4-carboxylic acid)、L3(4-(4-Pyridin-4-yl-benzoylamino)-benzoic acid)、L4(3-(4-Pyridin-4-yl-benzoylamino)-benzoic acid)}利用合成的配体合成配合物[CdL1(H2O)(DMF)]n(1)、[Cd2 L1(H2O)(HCOO)]n(2)、(CdL2)·2H2O(3)、[Zn L3(NO3)(H2O)2](4)、[Cd L3(μ-OH)(H2O)2](5)、[Co L42(H2O)4](6),并根据配合物结构与组成的特点,分别直接利用配合物[CdL1(H2O)(DMF)]n(1)、[Cd2 L1(H2O)(HCOO)]n(2)、(CdL2)·2H2O(3)作为锂离子电池的负极材料,表现出良好的电化学性能。由于配合物3有大的孔洞,以及大孔隙率,将其作为前驱体,在800℃N2氛围下煅烧,得到的N-C-800电极材料在电流密度为100mA/g测试条件下充放电循环100次后,N-C-800电极依然保持了放电容量为786 mAh/g。对于配合物[Zn L3(NO3)(H2O)2](4)、[Cd L3(μ-OH)(H2O)2](5)、[CoL42(H2O)4](6),根据其组成的特点,在一定条件下将其碳化,得到碳包覆的ZnO和CoO,并且将其作为锂离子电池负极材料也表现出优良的电化学性能。 第三章,利用配合物3作为前驱体,通过高温碳化得到C-N-800材料,并将其作为载体储存硫单质,最后作为锂硫电池的正极材料,表现出良好的电化学性能。经过一百次充放电循环以后,其放电比容量稳定在612 mAh/g,和首轮相比仅下降31%。显然,C-N-800作为锂硫电池正极材料显示出高的比容量和好的稳定性。 第四章,利用配合物3作为前驱体,通过高温碳化得到C-N-800与C-N-C-800材料,并将其作为超级电容器的电极材料,C-N-C-800材料在5 mV/s的扫描速率下其容量为237F/g,比C-N-800材料在相同条件下的容量高出很多,这个结果也说明了多孔碳材料中碳含量的多少对其电化学性能有着很大的影响。加入了碳源之后,其作为超级电容器的电极材料的电化学性能会更优越,C-N-C-800材料经过1000次循环测试后,电极材料的比电容仍能保持96%,显示了良好、稳定的电化学性能。 第五章,对本论文工作进行了总结,并提出了展望。