随着化石燃料的消耗,能源存储和环境问题日益成为人们关注的焦点,采取有效的措施研发清洁的、可持续的能量存储和转化技术,如:超级电容、锂离子电池和电催化装置等,势在必行。然而,这些技术要想实现低成本、大规模的应用就必须进一步地提高它们的性能和效率。其中,电极材料是影响其性能的重要因素之一,目前最为常用的手段是通过改变纳米材料的结构、化学组成和亚结构单元来实现材料的功能化和实用化。从微观角度合理地设计复杂的纳米结构将会赋予材料独特的性能,以满足现有的和新兴的技术需求。为了提高电极材料的电化学反应活性和结构稳定性,研发纳米结构的电极材料,特别是多孔的或中空的结构,备受人们的关注。金属有机框架（Metal-organic frameworks,MOFs）是金属离子或离子簇与有机链配位形成的多孔材料,现已作为一类模板或前驱体被广泛应用于能源领域。MOFs衍生物形貌结构种类繁多和化学组成复杂,将MOFs衍生的多孔材料与中空的纳米结构结合在一起,不仅能保证活性位点和电解质之间充分接触,而且能满足能源存储设备的实际需求。本文合成了MOFs衍生的中空结构过渡金属磷化物,并将其应用到超级电容器中。具体内容如下:1.利用溶剂热合成Ni-MOFs,随后基于Kirkendall效应,经过一步法炭化、磷化Ni-MOFs得到“两面神”型的Ni₂P/Ni/C中空球。通过调控Ni-MOFs与磷源的质量比,可以得到不同磷化程度的Ni₂P/Ni/C复合物,最优化比例的样品在1 A g^-1的电流密度下表现出1449 F g^-1的比电容。这种优异的电化学性能归因于其独特的中空结构、多孔的导电网络以及炭、Ni₂P和Ni之间的协同作用导致的良好电子传输能力。利用Ni₂P/Ni/C为正极,活性炭为负极组装成杂化超级电容器,表现出高的功率密度、能量密度以及优异的长循环稳定性。2.基于Ostwald熟化机理,通过溶剂热合成出Co基中空MOFs,经过简单的磷化煅烧得到了中空结构碳包裹的CoP。同时,利用硬模板法合成出中空结构的氮掺杂炭壳。上述两种材料在电化学测试中均表现出高的比电容和优异的倍率性能。此外,基于CoP和氮掺杂的炭壳为电极的杂化超级电容器在1.4 V电压窗口和1 A g^-1的电流密度下获得了59.3 F g^-1的比容量和16.14 Wh kg^-1的最大能量密度。3.利用镍离子刻蚀ZIF-67十二面体,随后高温磷化得到中空结构的双金属磷化物NiCoP。该NiCoP电极表现出高的比电容(1 A g^-1条件下1322 F g^-1)。利用NiCoP为正极,活性炭为负极组装成优化的杂化超级电容器,表现出高的比电容(1 A g^-1条件下115.8 F g^-1),对应的能量密度和功率密度分别为31.52 Wh kg^-1和700 W kg^-1。经过5000圈循环,其容量保持率为98.3%。