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Advanced Materials:華中科技大學(xué)夏寶玉課題組通過(guò)氧化還原策略調(diào)控雙金屬有機(jī)框架衍生物的電化學(xué)性能

來(lái)源:華中科技大學(xué)      2019-12-17
導(dǎo)讀: 華中科技大學(xué)夏寶玉課題組通過(guò)氧化還原策略來(lái)調(diào)控雙金屬Co-Ni MOF納米薄片的結(jié)晶性和電子結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)材料法拉第電容。

 便攜式電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車(chē)對(duì)能源的需求成為了促使高效儲(chǔ)能技術(shù)快速發(fā)展的動(dòng)力。超級(jí)電容器是介于電容器和電池之間的儲(chǔ)能器件,它既具有電容器可以快速充放電的特點(diǎn),又具有電池的儲(chǔ)能特性,具有高能量密度、快速充電速率和優(yōu)異的長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。金屬有機(jī)框架材料(MOFs)是由金屬離子或金屬簇與有機(jī)配體通過(guò)自組裝配位形成的化合物。由于其高比表面積、可控的多孔結(jié)構(gòu)、和豐富的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域??紤]到MOFs材料中的金屬組分對(duì)電化學(xué)性能的影響和貢獻(xiàn),通過(guò)活化金屬離子來(lái)提升電極材料的性能是目前常見(jiàn)的方法,然而這種活化卻往往伴隨著結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞而不能最大限度地增強(qiáng)材料的電化學(xué)性能。

    華中科技大學(xué)夏寶玉課題組通過(guò)氧化還原策略來(lái)調(diào)控雙金屬Co-Ni MOF納米薄片的結(jié)晶性和電子結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)材料法拉第電容。依次通過(guò)硼化和硫化處理后,得到穩(wěn)定低價(jià)的混合價(jià)態(tài)的Co-Ni MOF衍生物(Co-Ni-B-S)。該衍生物不僅保存了原始Co-Ni MOF的結(jié)構(gòu)完整性,活化后表現(xiàn)為部分晶態(tài)和非晶態(tài)共存的結(jié)構(gòu),有利于實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的電化學(xué)性能。測(cè)試結(jié)果表明:(1)活化后的Co-Ni-B-S樣品在1 A g-1的電流密度下,可達(dá)到1281 F g-1的高比電容;(2)在20 A g-1的電流密度下,可達(dá)到802.9 F g-1的高比電容,具有出色的倍率性能;(3)經(jīng)過(guò)10,000次循環(huán)后容量保留率可達(dá)到92.1%,表現(xiàn)出優(yōu)良的循環(huán)性能穩(wěn)定性?;贑o-Ni-B-S電極制造的儲(chǔ)能裝置在功率密度為857.7 W kg-1時(shí)表現(xiàn)出50.0 Wh kg-1的高能量密度,在12 A g-1下經(jīng)過(guò)5000次循環(huán),容量保持率可達(dá)到87.7%。同時(shí),在以活性炭為負(fù)極組裝的超級(jí)電容器器件的測(cè)試中,發(fā)現(xiàn)器件在水系電解液中可以得到1.7 V的高電壓,給此材料的應(yīng)用提供了更多的可能性。

    該工作所制備的材料不僅具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,還可以拓展到其他相關(guān)的能量轉(zhuǎn)換技術(shù),為調(diào)控MOFs的電子結(jié)構(gòu)及構(gòu)建高效的電極材料提供了新思路。相關(guān)成果在線發(fā)表于Adv. Mater.(DOI: 10.1002/adma.201905744)。

    原文鏈接:

https://www.materialsviewschina.com/2019/11/41402/

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201905744


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