蒽醌位及吡啶氮位共价有机聚合物及其衍生材料的电容储存性能

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:she002ying
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共价有机聚合物(COPs)具有低质量密度、良好的结晶度、优异的化学稳定性、高表面积等特性,在气体存储和分离,非均相催化,药物输送,光电转化以及能量存储等领域具有广泛的应用。近来研究发现,酸性介质中具有蒽醌基团和吡啶N嵌段的共价有机聚合物材料在易发生氧化还原反应。这种氧化-还原活性材料可作为赝电容储存材料。然而,该类聚合物导电率较低,二维片层结构常使其氧化还原功能团被掩埋,电解液难以渗透接近,电容储存性能受限。而且,聚合物在碱性电解液容易降解,难以实现电容有效储存。本文以氧化石墨烯作为载体,新型共价有机聚合物复合于其表面,制备了三种在碱性和酸性介质种都具有良好电容储存性质的复合材料。主要研究内容如下:(1)以氨基石墨烯为功能化载体,选取具有氧化还原活性的1,4,5,8四氨基蒽醌作为COPs储能组件,对苯二甲醛和2,6-吡啶二甲醛为连接单元,构建了两类四臂共价有机聚合物复合的FTAPA@NH2-rGO和FTAPD@NH2-rGO材料。这两类材料均具有丰富的介孔结构和片层状形貌。其中,FTAPA@NH2-rGO复合材料在酸性和碱性溶液中均显示出了优异电容储存性能。在2.0 M H2SO4中最大比电容达310 F g-1,远高于单纯的FTAPA共价有机聚合物和氨基石墨烯。并且在在6.0 M KOH碱性介质中也具有400 F g-1的比电容值。在5 A g-1的电流密度下2000圈内循环充放电测试证实该复合材料在两种介质中均保持了良好的电容储存稳定性。(2)以氨基石墨烯为功能化载体,选取具有氧化还原活性的1,4二氨基蒽醌作为COPs储能组件,三醛基间苯三酚与三(4-甲酰基苯基)醛作为连接单元,合成了两类片层状的共价有机聚合物复合石墨烯材料。其中合成的TPDA@NH2-rGO材料具有122.2 m2 g-1的比表面积。不仅在2.0 M H2SO4的电解液中具有最大比电容为390 F g-1,优于文献报道的大部分共价有机聚合物材料,而且在6.0 M KOH也具有522 F g-1的最大比电容值。在5 A g-1的电流密度下2000圈电容储存性能测试种保持了良好的稳定性。(3)以石墨烯和多壁碳纳米管混合物为功能化载体,选取3,3-二氨基联苯胺作为COPs储能组件,2,6-吡啶二甲醛作为连接单元,并以四水合氯化锰为金属源,合成了新型的石墨烯和碳纳米管负载的salen型共价聚合物。该Mn-COPs/C复合材料也具有一定的电容储存性能。通过进一步热解,得到了丰富介孔结构的MnOx@NC-800。热解衍生碳材料的电容储存性能得到了显著提升。在6.0 M KOH碱性电解液中比电容值可达408 F g-1,而在2.0 M H2SO4酸性条件下也具有达到310 F g-1的比电容值,在2000个循环内保持良好的稳定性。
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