论文部分内容阅读
金属有机框架材料(MOFs)是由有机配体和金属或金属簇通过配位键连接在一起所形成的一类新型晶体材料,近年来越来越受到广泛的关注。另外,相对于传统复杂且不易受控的合成过程,金属有机框架材料可以通过合理调控自发地衍生出多种功能性的结构如多孔碳材料、金属氧化物及其复合材料等,这些衍生结构也能继承金属有机框架材料很多的优点并表现出新颖性。金属有机框架材料及其衍生结构往往具有多孔性、高比表面积、结构可调性强等优点,都能在气体吸附分离、催化和能源储存及转化等方面有着非常广泛的应用。本文致力于研究新型金属有机框架材料以及其衍生结构的制备与结构表征,并详细地研究了衍生结构作为能源储存材料方面的应用。我们成功制备出了新型的双金属有机框架材料Ni(Ⅱ)-MOF-5以及棒状的稀土铈金属有机框架材料Ce-BTC,特别是首次报道了利用溶剂热法制备出了微米级棒状Ce-BCT(ST)。同时,我们利用双金属有机框架材料Ni(Ⅱ)-MOF-5简单地制备出两种多孔复合材料Ni@C;而且我们还以两种棒状的Ce-BTC作为前驱体材料,两步焙烧法制备出同样具有棒状形貌的Ce02@C复合材料,该材料为CeO2基体中散布着部分石墨化碳的结构。经过大量结构的表征分析,新型材料Ni@C显示具备良好的结构特性如分级多孔性、高比表面积、组分均匀性和纯粹性等,在储能领域有应用的潜力,所以我们对该材料做了储氢和超级电容器相关的研究。LiBH4是一种非常有前景的轻质储氢材料,其理论质量储氢密度达到18.5 wt%,把衍生结构掺杂到LiBH4中,Ni@C-1中的多孔碳结构对LiBH4起到的纳米限域作用以及Ni金属纳米颗粒催化作用的协同效应最佳,对LiBH4起始放氢温度的降低和放氢动力学性能都有很大的改善。同时,衍生结构Ni@C-2中具有大量均一而细小的Ni金属纳米颗粒,结构中还存在许多洋葱石墨壳层的分布,表现出较高的石墨化程度,使得其电极材料在不同电流密度下得到很好的电容保持率和循环寿命稳定性,体现出理想的双电层电容EDLC ·的特性。制备的新型复合材料Ce02@C表现出规则的棒状形貌,同样具有很强的功能性,其中Ce02@C(ST)材料中具有分级的介孔结构而且含有较多的石墨化碳结构使得离子扩散能力和电子转移能力增强,其电极材料表现出很好的导电性,从而得到了优异的赝电容电化学性能。