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金属有机框架化合物 (MOF) 的衍生物在能源存储中的应用毕业论文

 2022-01-31 09:01  

论文总字数:26549字

摘 要

I

Abstract II

第一章 引言 3

1.1 绪论 3

1.2 锂离子电池概述 4

1.3 钠离子电池概述 5

1.4 金属框架化合物(MOF)相关材料概述 6

1.4.1 研究背景 6

1.4.2 形貌调控 7

1.4.3 电化学性能 8

第二章 实验方法 9

2.1 实验试剂及实验设备 9

2.1.1 实验试剂 9

2.1.2 实验设备 9

2.2 静电纺丝法 10

2.3 材料表征技术 11

2.3.1 物相分析 11

2.3.2 材表面形貌与成分组成分析 11

2.3.3 结构分析 11

2.4 电化学性能测试技术 11

2.4.1 电极片的制作 11

2.4.2 纽扣式半电池的组装 12

2.4.3 充放电测试 12

2.4.4 循环伏安法测试 12

第三章 ZIF-67及其衍生化合物的制备、表征、及测试 13

3.1 ZIF-67及其衍生化合物的制备 13

3.1.1 金属有机框架化合物ZIF-67 13

3.1.2 静电纺丝制备PAN有机基底 13

3.1.3 金属有机框架化合物ZIF-67的衍生化合物 13

3.2 表征 14

3.2.1 SEM表征 14

3.2.2 TEM表征 17

3.2.3 XRD与Raman表征 18

3.2.4 SEM Mapping 19

3.3 电化学性能测试 20

3.3.1 充放电性能测试 20

3.3.2 CV与EIS 22

第四章 总结与展望 24

4.1 工作总结 24

4.2 研究展望 24

参考文献 25

致谢 28

金属有机框架化合物(ZIF-67)的衍生物在能源存储中的应用

摘要

金属有机框架化合物 (MOF) 是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的分子内具有孔隙的有机-无机杂化材料。除了其优异的催化性能以及气体存储外,MOF作为功能材料用于电化学储能和转换技术已经引起业内的广泛关注。和MOF相关的功能材料大致可分为两类:基于MOF本身的衍生化合物和由MOF作为前驱物模板得到的功能材料。尽管组成和结构的多样性使MOF材料的种类多样功能可调,但由于MOF材料导电性弱和化学稳定性差两个主要缺点,对其在能源存储方面的应用产生了很大的局限性。据文献报道,在能源存储中更致力于将MOF转化为可储能的衍生化合物来提高材料的稳定性和导电性,并通过不同修饰方法调控MOF衍生材料的形貌和组成。从该角度出发,本文通过高温热还原ZIF-67修饰的PAN薄膜纤维并催化长出碳纳米管,所得到的MOF衍生自支撑结构材料在电化学性能测试中显示了优异的性能,有效地解决了MOF材料导电性弱,电化学稳定性差的缺点,充分展现了其在能源存储方面的巨大潜力。

关键词:MOF衍生化合物 锂离子电池 钠离子电池

Metal Organic Framework (ZIF-67) Derived Compounds for Energy Storage Applications

Abstract

Metal-organic frameworks (MOFs) compounds are organic-inorganic hybrid materials with pores in molecule, which are formed by the self-assembly of organic ligands and metal ions or clusters through the coordination bonds. In addition to their excellent catalytic properties and gas storage, MOF has attracted widespread attention in the industry as a functional material for electrochemical energy storage and conversion technology. The functional MOF related materials can be roughly divided into two categories: derived compounds based on MOF and functional materials obtained from MOF-template. Although MOF materials have species diversity and functional tunability because of the diverse composition and structure, it still has great limitations in energy storage due to the two main disadvantages (low conductivity and poor chemical stability). In energy storage, more efforts have been made to convert MOF into MOF-derived compounds to improve the stability and conductivity of the materials, and to modulate the morphology and composition of MOF-derived materials through various modification methods. From this perspective, this article catalyzes the growth of carbon nanotubes on ZIF-67-modified PAN fibers by high-temperature treatment. The obtained MOF-derived compounds show excellent performance in the electrochemical performance test, also, overcome the difficulties (low conductivity and poor chemical stability) of MOF materials, which demonstrated a great potential in energy storage.

Key Words:MOF-derived compounds; Lithium ion batteries; Sodium ion batteries

引言

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