镍钴双配体MOF在高效吸波材料及凝胶电解质方面的应用研究

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能源和环境是影响社会可持续发展的重要因素。典型的例子包括过去几十年来各种电子和通信设备的扩展。这些技术无疑促进和丰富了日常生活,但能源使用和环境保护相关问题应该同时提出,在这两方面,迫切需要同时具有优良的锂存储和电磁波吸收能力的多功能材料。MOF作为一种新型骨架材料广泛应用于电磁波吸收,气体吸附,储能材料等领域,本文成功地制备了一种镍钴双配体MOF双层骨架结构材料,将其碳化后制成的核壳双碳层MOF衍生物后,可以完美地保持原来的骨架结构的同时,具有优异的可调节微波吸收性能。在储能方面,将镍钴双配体MOF作为环氧树脂基体的填料,并将环氧树脂与PVDF-HFP纺丝膜复合制备复合凝胶电解质,经过电解液活化后能保持优异的力学性能的同时保持良好的电化学性能,这为MOF材料的多功能应用拓展了方向。首先,通过改变外壳镍基MOF的第二配体与六水合氯化镍的质量比,可以形成从海胆状,棒状,花瓣状等不同形貌的镍钴双配体MOF,并通过控制反应条件探索其形貌的生长机理。由于特殊的双骨架结构,所以碳化后形成的双碳层结构保持了原来的形貌。同时,镍钴纳米金属镶嵌在碳层中,形成内外层的双层磁损耗及介电损耗,这增强了纳米填料的阻抗匹配性的同时提高其吸波性能。在填料添加量为40%时,当配体比例为1:2和1:4,镍钴双配体MOF衍生物的最佳反射损耗和频率带宽分别达到峰值;最佳反射损耗达到-70.70 d B,频率带宽最大为5.92 GHz,在填料添加量为50%时,当镍钴双配体MOF衍生物的第二配体与六水合氯化镍的比例为1:6,在该比例下镍钴双配体MOF衍生物的最佳反射损耗和频率带宽都达到了峰值,最佳反射损耗达到-58.40 d B,并且深入探索了其特殊结构与电磁波吸收机理的关系,以期待在实际生产生活中应用。其次,通过改变造孔剂的添加量探究复合膜表面的微观形貌变化趋势及断面形貌得到具有合适的微孔结构的复合隔膜,再利用镍钴双配体MOF的添加量的变化来探究复合隔膜的机械力学性能和电化学性能的变化趋势得到最佳的复合隔膜。由于结合环氧树脂的优异的机械性能及PVDF-HFP在锂盐电离和载流子浓度方面具有的优势,通过引入镍钴双配体MOF作为环氧树脂基体的填料,这可以作为桥梁作用增强层间结合力协同提高复合隔膜的机械力学性能和电化学性能。另外,纤维膜在隔膜层中的垂直排列。在造孔剂的作用下,复合隔膜微孔与纤维膜的协同作用可以极大提高Li离子的传输效率。MOF-7%@EP@PVDF-HFP膜的综合性能达到最佳,吸液率达到376%,离子电导率有2.22×10-3 S cm-1,均达到峰值。电化学窗口的值达5.03 V,且迁移数达到0.696。
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