基于類沸石金屬有機(jī)骨架材料的超電容電極材料研究.pdf

1、電化學(xué)電容器作為一種新型能源存儲設(shè)備，其具備較高的功率密度與能量密度，較好的環(huán)境友好性以及長期的循環(huán)穩(wěn)定性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。然而電化學(xué)電容器的電容性能受到諸多因素影響，諸如電解質(zhì)、隔膜材料以及電極材料等等，其中電極材料作為超級電容器的核心組成部分，對電容性能的好壞影響較為關(guān)鍵。由此，發(fā)展新型的、擁有高比電容值、優(yōu)越功率特性以及長時(shí)間循環(huán)壽命的電極材料是當(dāng)前提高超級電容器性能的有效途徑。本論文以制備擁有高比電容值、優(yōu)越功率特性以及

2、長時(shí)間循環(huán)壽命的超級電容器電極材料為目標(biāo)，通過不同的制備方法得到了多種多孔碳電極材料，并采用多種表征技術(shù)以及電化學(xué)分析途徑探究了它們的形貌、結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)電容性能。具體的研究內(nèi)容如下:
　　(1)選擇類沸石金屬有機(jī)骨架材料(ZIF-11)為前驅(qū)體，通過直接高溫碳化制備氮摻雜的多孔碳多面體材料(N-PCMPs)，并通過熔融的KOH對其進(jìn)行進(jìn)一步地活化?；罨蟮牡獡诫s多孔碳多面體(N-PCMPs-A)采用掃描電子顯微鏡(SEM)、元素

3、分析儀、比表面積及孔隙度分析儀以及X射線衍射儀(XRD)對其形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征分析。利用循環(huán)伏安法以及恒電流充放電法在1.0MH2SO4電解液中對該類材料進(jìn)行電容性能研究。結(jié)果顯示:與N-PCMPs相比，N-PCMPs-A擁有更高的比表面積(2188m2g-1)，同時(shí)具有更優(yōu)越的比電容值(1Ag-1的電流密度下高達(dá)307Fg-1)。此外，N-PCMPs-A在10Ag-1的電流密度下循環(huán)充放電測試4000圈，保持率仍有90％。所有的這些均

4、顯示出N-PCMPs-A材料在超級電容器應(yīng)用中具有很好的前景。
　　(2)通過一個(gè)簡單的制備過程，選擇苯硼酸作為硼源，ZIF-11作為碳前驅(qū)體，成功制備了高濃度的硼與氮共摻雜的多孔碳多面體材料(BN-PCPs)。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、比表面積及孔隙度分析儀、X射線衍射儀(XRD)、拉曼光譜儀以及X射線光電子能譜對制備得到的BN-PCPs材料進(jìn)行形貌和結(jié)構(gòu)分析。利用循環(huán)伏安法以及恒電流充放電法在1.

5、0M H2SO4電解液中對該類材料進(jìn)行電容性能研究。結(jié)果顯示:該材料中硼與氮含量分別高達(dá)10.68atom％以及8.10atom％且分布相對均勻，同時(shí)該材料呈現(xiàn)出優(yōu)越的電容性能，在1.0MH2SO4電解液中20mVs-1的掃描速度下，其比電容值高達(dá)262Fg-1。此外，其循環(huán)穩(wěn)定性在20 A g-1電流密度下測試發(fā)現(xiàn)其充放電循環(huán)壽命在40000圈后仍沒有任何衰減。
　　(3)選擇ZnO納米棒作為模板，在2-甲基咪唑溶液中利用制備Z

6、IF-8材料的成核原理在ZnO納米棒上生長一層ZIF-8，經(jīng)低溫碳化再酸刻蝕后制備出中空結(jié)構(gòu)的碳納米管(HCNTs)。再經(jīng)進(jìn)一步的高溫碳化和KOH處理后制備出三維分層多孔碳材料(3D-HPC)。制備得到的3D-HPC材料通過掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、比表面積及孔隙度分析儀以及X射線衍射儀(XRD)對其形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征分析。利用循環(huán)伏安法以及恒電流充放電法在1.0MH2SO4電解液中對該類材料進(jìn)行電容性能研究。