采用水热法将钴离子与六种不同的二羧酸配体进行配位，制备纳米配位聚合物前驱体。实验中调整水热反应时间，获得不同大小、形态的钴基MOF材料(Co-MOF)。测试电化学数据对比所合成电池的储能机能；形貌表征分析结构影响。根据所得数据相比较得出，在一定程度上，超级电容器的可逆性和循环性依赖于工作电极的容量保有率。水热反应六小时的CO-1,1’-联苯-4,4’-二羧酸材料（样品6C）和Co-2-溴对苯二甲酸材料（样品6F）性能较为突出。水热反应6小时的样品C是由棒状结构堆积而成的纳米簇，结构相对完整有序。电容量达425.8 F g-1（0.1 A g-1，6 M KOH电解液），循环1000次后容量保持率为103%。反应6小时样品F的扫描电镜图显示材料表面存在多孔球状结构，可以为电解液离子提供更大的接触面积，电容量达417.2 F g-1，该材料在30 mv/s的扫速下循环1000次容量保持率仍为96.0%。实验结果表明，通过调整水热反应时间可以实现制备具有有优异性能的纳米复合电极材料，这种简单的操作可以应用到其它电活性材料的合成中。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 实验部分3
1.1 试剂与仪器设备3
1.1.1实验所选试剂.3
1.1.2实验所选仪器.4
1.2 电化学性能测试与表征方法. 4
1.2.1电化学测试.4
1.2.2表征技术.5
1.3材料的合成.5
1.3.1 溶液的配制.5
1.3.2 CoMOF前驱体的合成.5
1.3.3 电极的制备......6
1.3.4 实验电极的准备.6
2 结果与分析.6
2.1 CoMOF前驱体形貌表征..........................6
2.1.1 X射线粉末衍射的测试....6
2.1.2扫描电子显微镜测试.......7
2.2 CoMOF前驱体电化学性能分析............................11
3  *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: #351916072# 
结论15
致谢15
参考文献16
钴基复合材料的制备及其电化学性能的研究
引言
引言：当今科学信息领域的发展和研究势如破竹，化石能源的消耗和环境污染问题的严重性都使得新能源的研发成为必要，来处理和应对人类面临的可持续发展的难题。自1957年Becker[1]发表论文提及可以将小型电容器作为储能器件和俄亥俄州一家石油公司的化学家Robert A.Rightmire在1962年设计的碳碳电容器以来，超级电容器因其潜在的优异性能引发了科学家们的研究浪潮。和传统电容器相比较，这种新型器件拥有更大的能量密度，更长的循环时间，更宽的操作温度范围，节省充电时间，耐用绿色等优点。因此在二十一世纪，超级电容器的发展在技术领域与时俱进、不断突破，为顺应市场需求，它也会朝着小型化柔性化和平面化方向发展；同时也会逐步深入到各领域的应用中，比如人工智能、医疗、电子、通信、交通、航天及军事的领域都有极其广泛的用处。超级电容器发展至今才60多年，它将凭借诸多优点在未来储能器件中占据绝对优势。目前，超级电容器被公认为是最有希望实现能源高效储存的新技术，已经被列入“中国制造2025”计划，让科研成果不再局限于实验室，将会创造更多的机会使其产业化、大众化，真正让科学造福人类。


图1 电容器研究路线
对电容器研究的关键有四条（图1）：首先进行电极材料和对应电解液的初步探索，再将制得的电极材料与电解质结合，成为完整的电化学电容器，对各项电化学性能进行测试工作。根据所得数据，对电极材料的制备技术和电解液的选择进行优化，循环往复，寻找高性能电极材料合成的最佳途径[2]。
依照能量储存过程，超级电容器被划分成两种类型。一类是双电层电容器[3]，电极表面和电解液界面中正负电荷在外电场影响下相互吸引，在电极表面形成双电层结构，来实现储能（左图），其主要电极材料有活性炭、石墨烯、碳纳米管等。此过程与离子在电解液中迁移速率有关，储能效果不是很好，很难应用于生产生活中；第二种是是由Conway最早提出的法拉第电容器[4]，也称赝电容，原理是电解液中的H+或OH离子在外电场存在时发生定向移动，会在电极外表面或内部与电活性材料相互作用，并且电活性物质将会产生欠电位沉积现象，导致材料本身发生可逆的氧化还原反应，将绝大多数电荷储存在体相中实储能（右图）。在不断发展中，现已出现了第三种类型的超级电容器混合电容器，它结合了上述两种超电容器的特点，因而拥有供电流能力更强、能量密度更高的优势[5]。


图2 双电层电容器工作机制（左） 赝电容器形成原理（右）
不论哪一种电容器，其核心部分都是电极。电极材料的性能对其比容量、循环稳定性、使用寿命起着决定性的作用。目前对电极材料的选择种类多种多样，一般分三类，包括金属氧化物材料、导电聚合物、碳基电极。由于金属氧化物出众的性能，最近二三十年的热点研究逐渐在变化；导电聚合物与前两种材料相比，属于相对新型的材料，因其良好的导电性和高电容被科学家们发现，研究进程迅速升温[6]。MOF结构的存在可以形成微纳结构，使材料具有较大的孔道和比表面积，更多的活性位点。电容量大于一般的碳材料和氧化物，数值可达20003000F g1。
过渡金属氧化物常被选作为赝电容的电极材料，电极内部、表面都会有赝电容的存在，致使它的电容值比双电层电容器大很多。用在超级电容器中的金属氧化物中，氧化钌有很好的导电性和比电容，但是金属钌属于贵金属，含量少，成本很高，不适于投入大量生产。为找到适用于生活、高性价比的金属氧化物，Yoshio Tskasu[7]等人采用溶凝胶法制备Ru和MoOx的复合材料，再与 VOx、TiO2或者SnO2混合，得到很多混合物质，这些物质还是以RuO2为主,与之结合的钒锡等金属也会利用自身的特点提供一些电能。在不断探索寻找的过程中，科学家们还根据钌的性质，找了很多和RuO2性能相像的金属化合物，有氧化锰，氧化镍和氧化钴等材料。在这些过渡金属化合物中,金属钴含量丰富，在地壳中相对占有0.001%，且存在的形式多种多样。除此之外，相较于其他金属氧化物，钴作为电极材料具有较大的理论电容和不错的循环特性，并且价格低，绿色，具备开发的潜力。钴基化合物也易于合成，制备方法有很多，常用的方法有静电纺丝法、水热法、两部烧结法及电化学沉积法等，因此钴基化合物成为广泛研究的无机电化学活性材料之一[810]。然而钴基电极材料也存在导电性差，离子在材料内部无法充分扩散等问题，严重影响了电极材料的电化学性能。在不断地实践和探索中，会考虑材料结构纳米化及与导电性好的碳材料或其他金属制成复合材料等手段对材料的性能进行改进和提升。我们身边含钴的材料有很多，HuLin Li的科研团队证明氢氧化钴材料作为电容器的电极材料有极大发展潜力。用化学共沉淀法得到 Co(OH)2/ USY复合物，电化学测试后的电容高达 1492.0 F g1，远高于当时测得的RuO2的电容量。此研究方法是把USY分子筛设定为材料的反应载体，将两种材料的特点选择性的结合在一起。USY分子结晶度较高，本身结构坚固，导电性高，利于多次循环充放电。文章中还提到可以选择其他沸石材料结合金属氧化物，制备大比表面积、结构稳定的复合材料[11]。

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