基于金属有机框架化合物碳基电极材料制备及性能研究

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1、学校代号：学号：密级：10532S1111W132湖南大学工程硕士学位论文基于金属有机框架化合物碳基电极材料制备及性能研究学位申请人姓名：导师姓名及职称：培养单位：专业名称：论文提交日期：论文答辩日期：答辩委员会主席：StudyOnpreparationaⅡdpropertiesofcarbon—basedelectrodematerialsbasedonA僵etal—organicFrameworksbyXULinglingB．E．(HunanUniVersity)2011Athesissubmit

2、tedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringChemicalEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySuperVisorsProfessorCHENJinhuaMay，2014湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发

3、表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：徐弧硷日期：赤膨年莎月孓日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不

4、保密团。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：徐轮殓日期：和降年莎月岁日刷磴轹嗍弘醐。悔棚蛐工程硕士学位论文摘要电化学电容器是一种新型的储能元件，兼有功率密度高、使用寿命长、环境污染小和维护费用低等特点，被广泛应用于诸多领域。电极材料是电化学电容器的核心组成部分，对电容性能起到决定性作用，因此对优异电容性能电极材料的开发是电化学电容器研究领域中极为重要的课题。本文以研制价格低廉、功率密度高的电化学电容器电极材料为目的，以金属有机框架化合物为前驱体，采用不同方法制各出多种碳基材料，并通过多种材料表征技

5、术和电化学测量方法对电极材料的微观形貌结构及电容性能进行了研究。本论文的主要工作如下：(1)以沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF，8)纳米多面体为前驱体，无需模板和造孔剂，直接高温碳化后制得氮掺杂介孔碳(NMcs)。采用扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱、x射线衍射光谱、x射线光电子能谱及比表面和孔隙度分析仪对其形貌和结构进行表征，并在1MH2S04溶液中通过循环伏安法和恒电流充放电法对其电化学电容性能进行考察。结果表明：NMCs的比表面积为2737m2g～，平均粒径为200姗，介孔占有率为74．09％。NMc

6、s电极在电流密度为1A重1时的比电容值高达307F蛋1；同时具有优异的功率特性，当扫描速度从10mVs。加快到1000mVs‘1时，比电容衰减率只有25．4％，并且其电流密度与扫描速度的线性相关系数R高达0．9998。此外，NMcs电极在负载电流高达10Ag。下仍具有优异的长期充放电循环稳定性，连续循环5000次后，其电容保持率为96．9％。(2)以多孔碳(NMcs一11)为支撑骨架，通过碳．高锰酸钾反应在碳基上原位生长二氧化锰，制得薄片状Y．二氧化锰／氮掺杂介孔碳复合物(MCs)。MCs的形貌和结构

7、分别采用扫描电镜、透射电镜、x射线衍射光谱及比表面和孔隙度分析仪进行表征，在o．1MNa2s04溶液中采用循环伏安法和恒电流充放电技术对其电化学电容性能进行研究。结果表明：薄片状．r．Mn02呈放射状生长在碳基上，粒径在600～700姗之间，其比表面积为121．70m2g～，平均孔径约为7．64Ilnl：MCs电极材料具有较高的比电容，在电流密度为o．1Ag。时，其质量比电容为270．8F一；具有良好的功率性能，当扫描速度从1mVs4增大到20mVsJ时，其电容保持率为67．3％，并且其电流密度与扫描

8、速度的线性相关系数R为O．9942；此外，经过800圈循环扫描后，其电容保持率为56．7％。(3)以z11．Fe．zIFs为前驱体，在氮气保护下高温碳化制备了氮掺杂竹节状碳管(NBCs)。采用扫描电镜、透射电镜、x射线衍射光谱及比表面和孔隙度分析仪对其形貌和结构进行表征，在1MH2S04溶液中通过循环伏安法和恒电流充放电法对其电化学电容性能进行考察。结果表明：NBcs为竹节状两端开口的多壁碳管，管径在30～100衄之间，壁厚约为17I吼，其比表面积为60