论文部分内容阅读
超级电容器（Supercapacitors，SCs）是一种功率密度大、容量高、使用寿命长的新型储能器件，现已深入应用在电力供电、公共交通、便携电子设备等领域。SCs的核心组成部分是电极材料，它是SCs产生电容、实现储能的物质基础。一直以来，SCs电极材料的研究发展都是科研、商业生产等领域关注的重点。
金属有机框架（Metal Organic Frameworks，MOFs）是一种比表面积大、孔径分布丰富的新型网状多孔晶体材料，因其具有典型的结构和性能特点，被认为是新一代极具潜力的SCs电极材料。但由于MOFs自身导电性较差、稳定性不足等缺点，将其直接作为SCs电极材料时存在一些弊端：导电性差会影响SCs的比电容和倍率性能，化学/结构稳定性不好会影响SCs的循环稳定性和使用寿命。所以研究如何解决MOFs自身的不足，充分挖掘MOFs直接应用在SCs电极材料中的潜力对SCs的发展非常重要。
本文从MOFs直接应用在SCs电极材料中所存在的导电性不足等问题出发，研究了各种解决方案，具体内容如下:
（1）通过溶剂热法，合成了以镍（Ni）为金属中心，4,4’-联苯二甲酸（BPDC）为配体的二维层状Ni-BPDC-MOF，并将其直接应用于SCs电极材料。研究表明，层状Ni-BPDC-MOF具有较大比表面积和孔径尺寸，层状结构提供更大离子通道，有效提高了MOF的导电性和电化学性能。
（2）利用低成本、无污染的物理超声法在不改变Ni-MOF晶体结构的前提下对其进行了微观结构改性，研究表明，物理超声法能够使结块状Ni-MOF表面产生孔隙，从而增加其比表面积，扩大孔径尺寸。比表面积和孔径尺寸的增加提高了Ni-MOF的导电性和电化学性能，同时明显降低了Ni-MOF的转移电阻。
（3）通过Fe3+诱导在泡沫镍（NF）上原位生长了直立纳米片状双金属MOFs材料NiFe-MOF，并将其直接用作SCs电极。研究表明，Ni-MOF微观结构均匀有序、无团聚，且Ni-MOF/NF电极表现出较低内阻、较高比电容。相对粉末状MOFs制备SCs电极，原位生长法制作简单、不用导电剂和粘合剂，降低了电极内阻和制作成本，提高了其导电性和电化学性能。
金属有机框架（Metal Organic Frameworks，MOFs）是一种比表面积大、孔径分布丰富的新型网状多孔晶体材料，因其具有典型的结构和性能特点，被认为是新一代极具潜力的SCs电极材料。但由于MOFs自身导电性较差、稳定性不足等缺点，将其直接作为SCs电极材料时存在一些弊端：导电性差会影响SCs的比电容和倍率性能，化学/结构稳定性不好会影响SCs的循环稳定性和使用寿命。所以研究如何解决MOFs自身的不足，充分挖掘MOFs直接应用在SCs电极材料中的潜力对SCs的发展非常重要。
本文从MOFs直接应用在SCs电极材料中所存在的导电性不足等问题出发，研究了各种解决方案，具体内容如下:
（1）通过溶剂热法，合成了以镍（Ni）为金属中心，4,4’-联苯二甲酸（BPDC）为配体的二维层状Ni-BPDC-MOF，并将其直接应用于SCs电极材料。研究表明，层状Ni-BPDC-MOF具有较大比表面积和孔径尺寸，层状结构提供更大离子通道，有效提高了MOF的导电性和电化学性能。
（2）利用低成本、无污染的物理超声法在不改变Ni-MOF晶体结构的前提下对其进行了微观结构改性，研究表明，物理超声法能够使结块状Ni-MOF表面产生孔隙，从而增加其比表面积，扩大孔径尺寸。比表面积和孔径尺寸的增加提高了Ni-MOF的导电性和电化学性能，同时明显降低了Ni-MOF的转移电阻。
（3）通过Fe3+诱导在泡沫镍（NF）上原位生长了直立纳米片状双金属MOFs材料NiFe-MOF，并将其直接用作SCs电极。研究表明，Ni-MOF微观结构均匀有序、无团聚，且Ni-MOF/NF电极表现出较低内阻、较高比电容。相对粉末状MOFs制备SCs电极，原位生长法制作简单、不用导电剂和粘合剂，降低了电极内阻和制作成本，提高了其导电性和电化学性能。