含锰多酸金属有机框架材料的制备与超级电容性能的研究

来源 :哈尔滨师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hanqingnan
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金属有机框架化合物(MOFs)因其具有多孔性、结构及性能可调性等优势,广泛运用于储能、催化等领域,被誉为21世纪最有潜力的材料之一。近年来,MOF s作为电极材料的研究已有报道,但由于自身稳定性较差等问题,将其直接运用于超级电容器电极材料时所表现的电容性能并不理想。通过在MOFs框架中引入活性较高、易于配位的多金属氧酸盐(POM)来制备的POMOFs材料,实现了各自性能的良好加和,使得材料的电化学性能得到提升。其中,POM基团作为POMOFs重要组成部分之一,对POMOFs化合物的结构及电化学性能有着显著的影响。本论文采用液体辅助研磨法合成出POMOFs材料,并以POMOFs为模板进行煅烧,运用红外光谱(IR)、X-射线粉末衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)对材料的结构进行了表征,并研究了POMOFs材料其衍生物的超级电容性能。利用液体辅助研磨法将合成的{SiW10Mn2}引入Mn-MOF中,得到{SiW10Mn2}@Mn-MOF材料,对合成材料进行了IR、XRD、TG、SEM、TEM、EDS、XPS等一系列表征,证明合成了预期化合物,其分子式为[Mn2(BTC)4/3(H2O)6]6[K8(Si W10Mn2Cl4O36)](简记为{SiW10Mn2}@Mn-MOF)。以其为电极活性物质,测试了超级电容性能。结果表明:在1M Na2SO4溶液中,当电流密度为1 A g-1时,{SiW10M n2}@Mn-MOF的比电容为211.0 F g-1,高于Mn-MOF(20.1 F g-1)和{SiW10Mn2}(53.3 F g-1),5000次循环后仍保留96.0%的电容量,高于Mn-MOF(86.9%)和{SiW10Mn2}(93.7%)。此外,将{SiW10Mn2}@Mn-MOF作为正负极材料,组装成水系对称超级电容器,测试表明,在能量密度为1.2 Wh kg-1时,其功率密度为211.7W kg-1,经过5000次循环后,电容保持率为95.1%。以{SiW10Mn2}@Mn-MOF为前驱体,在氮气氛围中进行煅烧得到MnO@WO3@C复合材料。以其为电极活性物质,测试了超级电容性能。结果表明:在电流密度为1–10 A g-1时,MnO@WO3@C的比电容分别为120.5、110.6、107.2、105.6、104.0 F g-1,在5000次循环后显示93.3%的电容保持率。材料的储能动力学研究显示,在扫描速率为30mV s-1时,{SiW10Mn2}@Mn-MOF电容量为891 C g-1(73.8%Qc,26.2%Qd),高于Mn-MOF 205 C g-1(91.7%Qc,8.3%Qd)和{SiW10Mn2}320 C g-1(90.5%Qc,9.5%Qd)。此外煅烧后Mn O@WO3@C在相同扫描速率下展现了624 C g-1(94.5%Qc,5.5%Qd)的电容量。
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