mof基过渡金属氧化物纳米材料的制备与储能特性研究

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1、学校代码：10289分类号：TQ152密级：公开学号：132300024江苏科技大学硕士学位论文MOF基过渡金属氧化物纳米材料的制备与储能特性研究研究生姓名张龙梅导师姓名袁爱华教授申请学位类别工学硕士学位授予单位江苏科技大学学科专业应用化学论文提交日期2016年6月4日研究方向材料化学论文答辩日期2016年6月8日答辩委员会主席李华明教授评阅人盲审盲审2016年06月04日分类号：TQ152密级：公开学号：132300024工学硕士学位论文MOF基过渡金属氧化物纳米材料的制备与储能特性研究学生姓名张龙梅指导教师袁爱华教授江苏科技大学二〇一六年六

2、月AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringSyntheses,CharacterizationsandEnergyStoragePerformancesofTransitionMetalOxidesBasedonMOFSubmittedbyLongmeiZhangSupervisedbyAihuaYuanJiangsuUniversityofScienceandTechnologyJune,2016江苏科技大学学位论文原创性声明

3、本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。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结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日摘要-1目前，锂离子电池负极材料通常为石墨，其理论比容量仅372mAhg，不能满足日益发展的高储能电源的需求。与石墨负极相比，过渡金属氧化物具有理论容量高、环境友好、资源丰富等优点，成为电极材料的研究热点。然而，过渡金属氧化物作为电极材料存在导电性差

4、、循环过程中结构易坍塌等问题。基于此，本论文以多孔结构过渡金属氧化物纳米材料为主要研究对象，聚焦其制备参数的协同调控与储能性能的大幅度提高，以多孔过渡金属氧化物纳米材料的设计制备、结构表征和储能性能为研究主线，深入开展分子层次化合物设计、新化合物制备、结构性能表征的研究。在建立系列多孔过渡金属氧化物制备方法的基础上，对高性能储能电极材料的组成-结构-性能三者之间的关系形成一些本质的理论认识，揭示多孔过渡金属氧化物材料的组成、结构和电化学性能的关系，为研发新一代高性能电极材料提供理论基础。主要研究结果如下：(1)采用溶剂热技术，调控吡嗪用量，制得

5、孪生半球状和花状两种形貌的钴-有机金属框架化合物(Co-MOFs)。发展热分解技术，以Co-MOFs为模板前驱体，制备与原形貌一致的多孔Co3O4纳米材料。材料的结构表征结果表明，多孔Co3O4纳米材料均有直接约为23-45nm的小颗粒组装而成，孪生半球状和花状多孔Co3O4纳米材料2-1的比表面积分别为22.6、33.3mg。储能结果表明，孪生球状的Co3O4多孔材料在-1100mAg的电流密度下，首次放电比容量和充电比容量分别为1325.5、1003.5mAh-1-1g，花状多孔Co3O4纳米材料在100mAg的电流密度下，首次放电比容量和

6、充电比-1容量分别为1249.8、935.5mAhg；循环90次后，其可逆比容量分别为470.3和529.2-1mAhg，仍高于石墨的理论容量。将孪生半球状和花状多孔Co3O4纳米材料用作超-1-1-1级电容器时，在电流密度为0.5Ag的首次放电比容量分别为96.6Fg、103.7Fg，-1-1循环1000圈后，分别衰减到93.5Fg、101.7Fg，比容量保持率分别为96.7%、98.1%。因此，此种MOF基多孔Co3O4纳米材料表现出了良好的储存性能和优异的循环稳定性。(2)采用溶剂热技术，制备双金属有机框架化合物[CoZn(BTC)(NO

7、3)](2H2O)(0.5DMF)，通过热分解技术，得到多孔ZnO/Co3O4多面体纳米材料，该多孔多面体结2-1构约为100μm，由20nm的颗粒组装而成，比表面积高达37.2mg。储锂性能结果-1-1表明，首次充放电比容量分别为1092.6mAhg、612mAhg。超级电容器研究结果-1-1表明，在电流密度为0.5Ag下，ZnO/Co3O4电极材料的首次放电比电容为106.7Fg，-1循环1000圈后，仅降低了3.7%，仍高达102.7Fg。因此，多孔ZnO/Co3O4多面体纳米材料作为超级电容器电极材料表现出优异的循环性能。(3)采用溶剂

8、热法，通过调节反应参数，可控制备Zn-Ni基有机框架化合物微球I即[ZnNi(BTC)(NO3)(1.6H2O)](0.4DMF)，煅烧后得到由25-