钴基金属有机骨架材料及其衍生物的制备和电化学性能研究

发布时间：2025-05-01 15:06

　　超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能设备,具有快速充放电、高功率密度和长使用寿命等特点,因而受到了广泛的关注。影响超级电容器电性能的因素有很多,其中电极材料是最主要的影响因素,可通过调控电极材料的化学结构和微观形貌来获得理想的超级电容器电化学性能。金属有机骨架（Metal organic frameworks,MOFs）因其具有多样性、易功能化、结构高度可控和孔隙发达等特点被广泛的应用于气体存储与分离、催化、药物传输和电化学等领域中。在超级电容器领域中,MOFs不仅可直接作为超级电容器的电极材料,还可作为制备金属氧化物和碳电极材料的前驱体。本文制备了三种不同的钴基MOFs及其衍生物材料,并应用于超级电容器中。具体研究内容如下:1.以4,4’,4’’-均三嗪-1,3,5-三-对氨基苯甲酸作为配体,醋酸钴作为金属配位中心,通过简单的溶剂热法合成了一种具有高含氮量和棒状结构的Co-MOFs,并将其作为超级电容器的电极材料。高含氮量增强了材料的润湿性和导电性,而规整的棒状结构提高了材料的稳定性,并有利于电解液离子吸附到电极表面形成双电层结构。通过优化反应温度和投料比（钴与配体的摩尔...

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.3双电层电容器的工作原理图[22]。

由公式中可以看出在双电层机理中电极材料的比表面积是影响材料电容值的主要因素,因此EDLCs的电极材料主要以具有大比表面积的碳材料为主,如活性炭、石墨烯、碳纳米管、碳纤维和碳气凝胶等[18-21]。另外,材料孔隙中的离子迁移率与电解液中的离子迁移率是完全不同的。因此,孔径能影响电容....

图1.4法拉第赝电容器的工作原理图[29]。

赝电容(PCs),或称为法拉第赝电容,这一储能机制是由Conway等人发现并提出的[23]。赝电容是基于可逆或不可逆的法拉第电荷过程产生的,即通过化学物质的氧化还原过程产生电子转移。赝电容的工作原理如图1.4所示。具体可分为三种法拉第机制:欠电位沉积(又称吸附赝电容)、氧化还原赝....

图1.5不同结构碳材料的示意图。

碳材料具有比表面积大、导电性好、化学惰性强和稳定性优良等特点,因此被广泛地应用于电化学领域,尤其在双电层超级电容器(EDLCs)中。EDLCs是通过在电极材料和电解质界面形成双电层来储存电荷的,因此电极材料的比表面积对电荷的存储量起着关键性作用。较大的比表面积有利于电解液与电极材....

图1.6基于金属氧化物赝电容器的储能机理图[66]。

RuO2是第一个也是被最广为研究的金属氧化物电极材料,这是由于它的工作电压窗口可达1.2V,可发生跨度三个氧化态且高度可逆的氧化还原反应,具有高质子导电率、高质量比电容和长循环寿命的特点[63]。然而,RuO2的高成本、有毒性、需使用酸性电解质、天然丰度低等问题影响了其在实际应....

本文编号：4042481