【摘 要】
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构建以清洁能源为主的能源结构可以有效的改善目前的能源问题,在此过程中,电化学储能技术的发展显得尤为重要。其中,超级电容器因为具有快速充放电能力和较高的能量密度,在储能领域占据重要一席,同时它的快速发展离不开高性能电极材料的开发。作为一类新兴的电极材料,多孔有机聚合物具有较高的比表面积,可控的孔道结构等优点。其中,共价有机框架（COF）材料所独有的长程有序的孔道结构能为电解质离子以及电荷转移提供良好
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构建以清洁能源为主的能源结构可以有效的改善目前的能源问题,在此过程中,电化学储能技术的发展显得尤为重要。其中,超级电容器因为具有快速充放电能力和较高的能量密度,在储能领域占据重要一席,同时它的快速发展离不开高性能电极材料的开发。作为一类新兴的电极材料,多孔有机聚合物具有较高的比表面积,可控的孔道结构等优点。其中,共价有机框架（COF）材料所独有的长程有序的孔道结构能为电解质离子以及电荷转移提供良好的通道,可进一步提高活性表面或/和电化学活性位点的利用率,是一类有着广阔应用前景的电极材料。本文设计并合成了基于电活性单元三苯基膦和三苯基锑的多孔有机聚合物材料,包括具有晶性的COF材料（Phos-COF和Sb-COF）以及无定型的多孔材料,考察了它们及其复合材料在超级电容器领域的应用前景,以期获得性能较好的电极材料和相应的理论成果。本文主要内容如下:1.三苯基膦基多孔有机聚合物在超级电容器方面的性能探索首先利用亚胺化学构建了基于三苯基膦的Phos-COF并制备了相应的电极材料。测试结果表明,在三电极1 A g-1的电流密度下,Phos-COF电极可获得72 F g-1的比电容。与r GO组装成器件后,能量密度可达31.1 Wh Kg-1,同时表现出较好的循环稳定性,经历10,000次循环后比电容仅损失5.46%。为了改善其电导率,接着对Phos-COF分别进行了复合和碳化处理。与r GO进行复合后得到PP/r GO复合物,三电极下比电容可大幅提高到380 F g-1,但两电极下的能量密度却并没有明显的改善(31.6 Wh Kg-1);与r GO/Mn Se2构成PP/r GO/Mn Se2复合材料,在三电极下都达到了200 F g-1以上的高比电容,两电极情况下能量密度同样没有改善(26 Wh Kg-1),表明COF中有序孔道结构的重要性。碳化处理也使得COF材料的结构得到严重破坏,电化学性能并没能得到改善。2.三苯基锑基多孔有机聚合物在超级电容器方面的性能探索在上述基础上,利用三（4-苯甲醛基）锑和对苯二胺为前体合成了Sb-COF。Sb-COF的BET和孔径分别为969 m~2g-1以及1.19和1.29 nm。SEM和TEM分析表明Sb-COF是平均直径为100±20 nm和长度约为200 nm的纳米结构,此纳米结构有利于其活性表面利用率的提高。电化学测试结果表明,Sb-COF电极材料在三电极下比电容达到了260 F g-1。循环稳定性测试表明,随着循环次数的增加,比电容反而有大幅的提升并最终保持稳定。100,000次循环之后,比电容达到了570 F g-1,为循环测试前的2.2倍之多,氧化还原官能团的利用率由之前的42%提升到了90%,表明在循环过程中电化学活性物质逐渐被活化。Sb-COF//r GO ASC器件测试结果表明,其电压窗口能够有效地扩展到2 V（一般纯COF材料的窗口小于1.5 V）,达到了44 Wh Kg-1。100,000次循环之后,能量密度可以进一步提高到69 Wh Kg-1,这也是目前纯COF电极材料所能达到的最好性能参数。
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