基于鋅-MOF 衍生自摻雜氮多孔炭在超級電容器中的研究

背景介紹傳統(tǒng)化石能源過度消耗和氣候加速惡化的能源危機(jī)迫使人類尋找可替代的再生能源。因此，超級電容器作為高效的儲能裝置在混合動力電動汽車、便攜式電子產(chǎn)品和通信設(shè)備領(lǐng)域的能量存儲越來越受到關(guān)注。多孔炭材料作為超級電容器的電極材料，以不同的同素異形體和微觀結(jié)構(gòu)存在，是一種非常有吸引力的材料。金屬有機(jī)骨架(MOF)

是一種由中心金屬離子和有機(jī)配體通過強(qiáng)配位鍵組成的多孔材料。在超級電容器領(lǐng)域以MOF

為前驅(qū)體制備多孔炭顯示出非凡潛力。本文以水熱法制備鋅-MOF，并將其作為前驅(qū)體制備形貌可控的自摻雜氮多孔炭ZBTC-T，探討溫度對自摻雜氮多孔炭的影響，并對其結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行表征測試。為以后開發(fā)不同結(jié)構(gòu)的鋅-MOF制備高性能自摻雜氮多孔炭提供實驗數(shù)據(jù)。文章亮點1.

通過簡單的水熱法工藝制備鋅-MOF

并調(diào)節(jié)炭化溫度得到自摻雜氮多孔炭ZBTC-T；2.

說明了自摻雜氮多孔ZBTC-T

的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能之間的關(guān)系；3.

自摻雜氮多孔炭ZBTC-T

結(jié)合了金屬和炭的優(yōu)勢以及保留鋅-MOF

中的氮原子，從而展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，突出良好的倍率性能優(yōu)勢并在高性能方面表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。內(nèi)容簡介1

實驗部分1.1

主要儀器與試劑1.2

實驗步驟1.2.1

鋅-MOF的制備1.2.2

自摻雜氮多孔炭ZBTC-T的制備1.3

工作電極制備按m（自摻雜氮多孔炭ZBTC-T）：m（炭黑）：m（聚四氟乙烯）=8.5：1：0.5稱取總量約3mg藥品，用無水乙醇混合均勻涂抹于1×1cm2泡沫鎳上，并在80℃下真空干燥24h，15MPa下壓片約1.5min。1.4

電化學(xué)性能測試采用三電極體系，通過電化學(xué)測試包括循環(huán)伏安(CV)、恒電流充放電(GCD)和交流阻抗(EIS)測試電化學(xué)性能，其中自摻雜氮多孔炭電極作為工作電極、1.5cm2鉑片電極作為對電極、飽和甘汞電極(SCE)作為參比電極，以6mol/L的KOH溶液作為電解液。2

結(jié)果與討論2.1

自摻雜氮多孔炭ZBTC-T的SEM和TEM分析2.2

自摻雜氮多孔炭ZBTC-T的XRD和Raman分析2.3

自摻雜氮多孔炭ZBTC-T的BET分析2.4

自摻雜氮多孔炭ZBTC-850的XPS分析2.5

自摻雜氮多孔炭ZBTC-T的GCD曲線及比電容分析2.6

自摻雜氮多孔炭ZBTC-T的CV曲線和EIS曲線的分析2.7

自摻雜氮多孔炭ZBTC-850的電化學(xué)性能分析3

結(jié)論本文通過水熱法制備鋅-MOF，并將其作為前驅(qū)體炭化制備了自摻雜氮多孔炭ZBTC-T，其中ZBTC-850具有735.42m2/g的比表面積，微孔、介孔和大孔共存的氮、氧自摻雜三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，含氮量為7.98%，比電容高達(dá)212.9F/g，表明自摻雜氮多孔炭ZBTC-850是具有高性能的先進(jìn)電極材料。鋅-MOF作為