论文部分内容阅读
随着社会经济的发展,清洁能源越来越受到大家的关注。超级电容器是一种新型绿色环保的储能器件,具有高功率密度、长循环寿命的优点。它的性能与电极材料和电解液有着密切的关系,因此研究出好的电极材料是至关重要的。金属配合物作为电极材料近来开始受到关注。羧酸类金属配合物是由过渡金属离子和有机羧酸配体连接而形成的网状骨架结构配合物。羧酸配体是含氧的配体,配位能力强、配位方式灵活多样,与金属离子配位时,容易组装出具有特殊功能和新颖结构的配位聚合物。 本论文以四氟对苯二甲酸(H2tfbdc),1-羧甲基-5-甲基-1H-吡唑-4-羧酸(H2L)和3,5-二甲基-1-羧甲基-4-吡唑甲酸(H2cmdpca)为主要配体,在辅助配体存在下,成功合成了一系列的过渡金属配合物,并将其作为超级电容器电极材料,进行了物理表征和电化学性能表征。此外,还考察了对苯二甲酸和四氟对苯二甲酸作为超级电容器电极材料的电化学性能。 本文主要通过XRD、TEM、SEM和FT-IR对制备出的电极材料进行物理性能表征;在水系电解液中,采用循环伏安(CV),恒流充放电,交流阻抗(EIS),循环寿命测试等对电极材料进行电化学性能表征。主要工作包括以下几个方面: 1.以四氟对苯二甲酸为主配体,合成了一种层状金属钴配合物{[Co(Hmt)(tfbdc)(H2O)2]·(H2O)2}n(Co-LMOF)和一种具有三维超分子结构的钴配合物{[Co(Hmt)2(tfbdc)(H2O)2]·(H2tfbdc)·(EtOH)2}n(Co-HT),并对其进行了结构表征,考察其在两种水系电解液中的电化学性能。结果表明,在1M KOH中,电流密度为2A·g-1时,Co-LMOF的比电容达到1980 F·g-1,循环2000次后,比电容保持94.3%;Co-HT的比电容达到960 F·g-1,循环2000次后,比电容保持93.2%;在1M LiOH中,循环2000次后,Co-LMOF和Co-HT的比电容分别保持94.7%和90.7%。 2.以四氟对苯二甲酸为主配体,与金属铜和锰离子分别作用,合成了[Cu(Hmt)(tfbdc)(H2O)](Cu-HT)和[Mn(tfbdc)(4,4’-bpy)(H2O)2](Mn-LMOF)两种配合物,并对其进行了结构表征,考察其在两种水系电解液中的电化学性能。结果表明,在1M KOH中,电流密度为2A·g-1时,Cu-HT的比电容达到950 F·g-1,循环2000次后,比电容保持88.3%;Mn-LMOF的比电容达到886 F·g-1,2000次后,比电容保持92.6%;在1M LiOH中,循环2000次后,Cu-HT和Mn-LMOF的比电容分别保持91.7%和94.6%。 3.利用1-羧甲基-5-甲基-1H-吡唑-4-羧酸(H2L)和3,5-二甲基-1-羧甲基-4-吡唑甲酸(H2cmdpca)为主配体,分别与金属钴离子作用,合成了[Co(HL)2(H2O)2](Co-HH)和[Co(4,4′-bpy)(Hcmdpca)2(H2O)3]·2 H2O(Co-bH)两种配合物,并对其进行了结构表征和电化学性能测试。结果表明,1M KOH中,循环2000次后,Co-HH和Co-bH的比电容分别保持93.8%和96.5%。 4.首次考察了两种小的有机化合物对苯二甲酸(H2bdc)和四氟对苯二甲酸(H2tfbdc)作为超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明,在1M LiOH中,H2bdc具有较高的比容量和较好的循环稳定性,2000次的循环之后,比电容保持率94.4%;而在1M KOH中,H2tfbdc具有较高的比容量和较好的循环稳定性,2000次的循环之后,比电容保持率为92.1%。