二維導(dǎo)電MOF晶態(tài)多孔薄膜的電學(xué)性能研究.pdf

1、金屬有機(jī)框架(Metal-organic frameworks，MOFs)材料是由金屬離子和有機(jī)配體通過(guò)自組裝，得到的具有多樣化可調(diào)諧結(jié)構(gòu)以及獨(dú)特構(gòu)效關(guān)系的新型多孔材料。在二十幾年的研究過(guò)程中，MOFs材料已經(jīng)被廣泛用于氣體存儲(chǔ)與分離、傳感、藥物運(yùn)輸、催化、磁性、發(fā)光、電學(xué)等領(lǐng)域。隨著對(duì)小型便攜式儲(chǔ)能裝置、柔性可穿戴器件、汽車自動(dòng)化、大型智能電網(wǎng)存儲(chǔ)系統(tǒng)的發(fā)展需求，各種各樣具有理想電學(xué)性能的儲(chǔ)能系統(tǒng)被廣泛研究。近年來(lái)，超級(jí)電容器和鋰硫電

2、池因具有較高的能量密度受到廣泛關(guān)注。結(jié)合 MOFs材料具有較高比表面積、可修飾孔內(nèi)壁、可調(diào)諧孔道大小、豐富的活性位點(diǎn)等優(yōu)勢(shì)，對(duì)其進(jìn)行電學(xué)性能的研究逐漸成為研究熱點(diǎn)。
　　本論文中我們基于一種具有類石墨烯結(jié)構(gòu)的高導(dǎo)電性二維層狀MOF-Ni3(HITP)2開展了以下工作：
　　一、本文第二章中通過(guò)原位生長(zhǎng)的合成方法，成功將Ni3(HITP)2薄膜負(fù)載到碳紙上。然后將負(fù)載該 MOF薄膜的碳紙作為超級(jí)電容器電極材料應(yīng)用，在水體系中研

3、究其相關(guān)電學(xué)性質(zhì)。通過(guò)高倍掃描電鏡（HRSEM）可以觀察到負(fù)載于碳紙上的Ni3(HITP)2薄膜具有良好的納米線結(jié)構(gòu)。對(duì)其進(jìn)行電學(xué)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該 MOF薄膜電極構(gòu)成的超級(jí)電容器顯示出典型的雙電層電容性質(zhì)，具有約156 F g-1的放電容量，且在500個(gè)循環(huán)內(nèi)容量保持率約84.7％，具有較好的循環(huán)性。
　　二、本文第三章中將該導(dǎo)電 MOF作為鋰硫電池的隔膜組份使用。利用一種“氣-液”界面原位可控的生長(zhǎng)方法在商業(yè)的Celgard隔膜

4、（PP膜）基礎(chǔ)上制備出一個(gè)以二維導(dǎo)電 MOF-Ni3(HITP)2為活性功能層的 Ni3(HITP)2-隔膜。首次將純 MOF材料在不添加任何粘結(jié)劑及導(dǎo)電劑的情況下作為鋰硫電池中的隔膜功能組份使用。通過(guò)高倍掃描電鏡可以觀察到 Ni3(HITP)2在商業(yè) PP膜表面均勻、致密的負(fù)載。由于該 MOF具有約1.4 nm的孔尺寸以及優(yōu)異的導(dǎo)電性， Ni3(HITP)2-隔膜鋰硫電池在充放電過(guò)程中不僅可以為 Li+提供有效的擴(kuò)散通道，還可以有效的

5、抑制“飛梭效應(yīng)”，大大提高活性硫的利用率。在 Ni3(HITP)2-隔膜功能活性物質(zhì)負(fù)載量極小（0.066 mg cm-2），厚度僅約480 nm（遠(yuǎn)小于碳材料等微米級(jí)別的尺寸）時(shí)仍顯示出較高的初始容量、優(yōu)異的循環(huán)性能以及良好的倍率性能。當(dāng)正極材料硫負(fù)載量約3.5 mg cm-2，在0.2 C下表現(xiàn)出高達(dá)1244 mAh g-1的初始容量，顯示出較高的比容量；1 C500個(gè)循環(huán)內(nèi)容量保持率達(dá)84.1%，顯示出良好的循環(huán)性能，且其庫(kù)倫效率