论文部分内容阅读
金属有机框架因为结合了金属位点和有机键的交联的特性,在电化学催化,锂离子电池,燃料电池,钠离子电池等领域有广泛的应用。同时,金属有机框架及其衍生物由于其超高的比表面积和低密度的特性被认为是下一代二次锂离子电池和超级电容器的最佳候选电极材料。目前,借助金属有机框架的特性,以其衍生物来作为高能量密度电池和高功率密度超级电容器电极材料已经成为研究的热点。本论文的研究重点在于研究了两种金属有机框架衍生新型双金属化合物超级电容器电极材料,通过该方案制备的材料具备特殊中空阵列结构、超高的比电容及能量密度。其中,第一部分以含钴的金属有机框架(Co-MOF)在碳布上制备原位生长的具备多级片层阵中空列结构的偏钒酸钴-氢氧化钴(Co(VO3)2-Co(OH)2)复合电极,可用作超级电容器正极材料。随后,以杨木锯末作为原料,通过高温碱活化来制备杨木活化碳电极作为超级电容器负极,组装成为不对称型超级电容器。第二部分以含钴的金属有机框架为前驱物,制备了以泡沫镍支载的具备超高比电容及能量密度的硫代钼酸钴(CoMoS4)超级电容器电极,该电极同时还具备纳米棒和中空微米片阵列结构。具体研究内容和主要结果如下:(1)以化学沉积法将具备纳米叶片阵列状结构的Co-MOF沉积在碳布表面。并以常温置换的方式制备出了 Co(VO3)2-Co(OH)2复合电极材料。随后,对制备的电极进行了循环伏安(CV)、静态充放电(GCD)、电化学阻抗谱(EIS)的测试,对其电化学性能进行表征,并讨论了置换时间对形貌和电化学性能的影响,最后还对反应机理进行了分析。研究结果显示制备的Co(VO3)2-Co(OH)2复合电极的最高面积比电容和能量密度分别可以达到522 mF cm-2和0.01795 mWh cm-2。并且,复合电极拥有超高的电化学稳定性(在10 mA cm-2的电流密度下经过15000次充放电循环后依旧能保持初始电容的90%以上)。随后,把杨木锯末在氮气氛围下进行高温碳化后形成的杨木碳在900℃进行碱活化,制备出了具备大量微孔结构的高比表面积(701.3 m2 g-1,平均孔径为3.064nm)杨木活性碳。通过电化学表征,发现制备的杨木活性炭的最高比电容和能量密度为360 F g-1和49.45 Wh kg-1。最后,将制备成的Co(VO3)2-Co(OH)2复合电极为正极,杨木活性碳为负极组装成为(准)不对称超级电容器,研究了其电化学性质。结果表明,组装成的(准)不对称超级电容器的电化学窗口可以扩展到0-1.6V,并且能量密度为0.0941 mWh cm-2,超过了目前文献报道的水平。(2)通过化学沉积将含钴的金属有机框架(Co-MOF)三角片沉积在泡沫镍表面。以制备的三角片阵列状Co-MOF为骨架,通过水热反应制备CoMoS4电极。之后,对制备的双金属硫化物的电化学性能进行表征,同时,对制备CoMoS4电极的水热温度对电化学性能和表面形貌的影响进行了讨论。结果显示,制备的CoMoS4电极的最大比电容和能量密度分别达到了 1800 F g-1和40.01 Wh kg-1。明显高于文献报道过的CoMoS4超级电容器电极材料。