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。金屬有機骨架(MOF)

是一種由中心金屬離子和有機配體通過強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電極材料。鋅-MOF作為