【摘 要】
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在这项工作中,详细的探究了MOF材料及其衍生物用作超级电容器电极材料的电化学性能和储能原理。首先通过简便的水热法合成了多孔纳米晶体MOF-5,然后将MOF-5分别用高温碳化法和空气退火法进行热处理,得到了两种具有不同电容特性的MOF-5衍生纳米多孔碳和ZnO纳米颗粒。详细研究了以MOF-5为前驱体制备的两种衍生物表现出的电化学特性及储能机理。并且进一步采用MOF-5衍生的ZnO纳米颗粒为牺牲模板,
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在这项工作中,详细的探究了MOF材料及其衍生物用作超级电容器电极材料的电化学性能和储能原理。首先通过简便的水热法合成了多孔纳米晶体MOF-5,然后将MOF-5分别用高温碳化法和空气退火法进行热处理,得到了两种具有不同电容特性的MOF-5衍生纳米多孔碳和ZnO纳米颗粒。详细研究了以MOF-5为前驱体制备的两种衍生物表现出的电化学特性及储能机理。并且进一步采用MOF-5衍生的ZnO纳米颗粒为牺牲模板,辅助构建多孔Ni@Ni Ox/C纳米片用作高性能的超级电容器电极。MOF-5衍生纳米多孔碳,是将MOF-5在氩气氛围中高温碳化,通过不同的碳化温度对样品进行热处理,以此提升碳材料的比表面积(SSA)以及电化学性能。结果表明,纳米多孔碳材料在温度为1000℃的碳化条件下,能获得最高的比表面积和最优的电化学性能。PC-1000号样品在1 A g-1的电流密度下其比电容大小为158F g-1。经过5000次充放电循环以后,电容量保持了82%。另一种热处理是把MOF-5在空气中退火,得到了尺寸均匀(~50 nm)的ZnO纳米颗粒。经过电化学测试,ZnO的比电容为287 F g-1(在1 A g-1时)。将两种衍生物组成了PC-1000//ZnO非对称超级电容器,其能量密度为14.2 Wh kg-1时,具有796.2 W kg-1的功率密度。高比表面积和优化的多孔结构是超级电容器电极的必要条件,但是以碳材料为主的双电层电容能力较低。因此,进一步利用MOF-5衍生物ZnO纳米颗粒,以ZnO纳米颗粒为牺牲模板,制备了可调谐孔径的Ni@Ni Ox/C纳米片。其中,通过调控ZnO模板的掺入量(0、5、10和20 mg)优化Ni@Ni Ox/C纳米片的孔径分布。结果表明,ZnO纳米粒子的掺杂量可以影响Ni@Ni Ox/C纳米片电极的形貌、孔结构和电化学性能。在三电极体系中,Ni@Ni Ox/C-2电极具有最高的比电容752 F g-1(在1 A g-1时)和良好的倍率性能(当电流密度增加到100 A g-1时,保持了初始电容的56%)。对其进行10000次的GCD循环测试,电容保持率为99%。组装的非对称器件Ni@Ni Ox/C-2//AC还具有高功率密度(15840 W kg-1)。MOF材料及其衍生物可通过灵活调控其成分和微观结构获得高性能的超级电容器。
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