【摘 要】
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超级电容器(SCs)是20世纪50年代发展起来的一种电化学储能装置,在20世纪90年代引起了广泛关注,是一种高能量密度的储能设备,结合了电池和传统电容器的优点,可以弥补两者之间的空白,以及快速充放电,使用寿命长和绿色环保等优点。人们对超级电容器有着浓厚的兴趣,并进行了很多相关的报道。其中,纳米材料具有较大的比表面积、导电性高、生产成本低等特性使其能够广泛的应用在超级电容器。同时,纳米材料可以缩短在
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超级电容器(SCs)是20世纪50年代发展起来的一种电化学储能装置,在20世纪90年代引起了广泛关注,是一种高能量密度的储能设备,结合了电池和传统电容器的优点,可以弥补两者之间的空白,以及快速充放电,使用寿命长和绿色环保等优点。人们对超级电容器有着浓厚的兴趣,并进行了很多相关的报道。其中,纳米材料具有较大的比表面积、导电性高、生产成本低等特性使其能够广泛的应用在超级电容器。同时,纳米材料可以缩短在电化学反应发生时的离子扩散路径,电容器充放电速度更快,是一种潜在的电极材料。金属有机框架(MOF)作为新兴的纳米材料,孔隙率高,比表面积大,能通过改变合成条件包括反应时间,反应温度或者金属盐/配体摩尔比例,有效地调控材料的形貌与结构。本文采用的金属离子为Ni2+和Co2+,有机配体为1,3,5-苯三甲酸和4,4’-联吡啶,通过溶剂热法制备了一系列镍基金属有机框架材料(Ni-MOF),并对它们的形貌、结构和性能都进行了研究,内容总结如下:(1)利用溶剂热法,将六水合硝酸镍、1,3,5-苯三甲酸以及4,4’-联吡啶溶解于N,N-二甲基甲酰胺中,进行溶剂热反应制备六边形Ni-MOF([Ni(H3BTC)(4,4’-Bipy)](H3BTC=1,3,5-苯三甲酸,4,4’-Bipy=4,4’-联吡啶))。当所得产物用于超级电容器电极,在3 M KOH电解液中进行性能测试时,它显现出优异的性能(电流密度为1 A g-1时,电容达到185.30 F g-1)。其优良的超级电容器性能归因于六边形Ni-MOF的基本特性,即在产物表面生成的交联网状结构。(2)为了简化制备Ni-MOF电极的过程,利用泡沫镍作为基底,同样采用溶剂热法合成了 Ni-MOF,并且将其作为电极测试其性能。考虑到由于附着量过大并且Ni-MOF材料的吸附性较弱,在进行测试时Ni-MOF出现脱落的现象,导致测试性能无明显提升,其比电容在1 A g-1时仅维持75.3 F g-1。(3)在纯Ni-MOF的基础上,我们根据上述的合成步骤,利用六水合硝酸镍和六水合硝酸钴不同的摩尔比,制备了不同的双金属有机框架材料(NiCo-MOF-n,n=1,2,4),同时比较了一系列NiCo-MOF作为超级电容器电极材料时的电化学性能。
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