第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

258 / 2020-09-30 21:38:27

MOFs衍生的N、P和O共掺杂Co/C复合材料 及其电化学性能研究

超级电容器；金属有机框架材料；N，P和O共掺杂，Co-MOF

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超级电容器以充放电速度快、循环寿命好、功率密度大等明显优势受到广泛关注。过渡金属氧化物优异的电化学性能使其有望成为极好的伪电容器电极材料。其中，氧化钴基材料以其优异的电化学稳定性和较高的理论比电容，以及其低毒、低成本和资源丰富等特点，引发了对超级电容器应用的大量研究。然而，电子导电性差阻碍了其发展。因此，碳/金属氧化物、碳/金属氢氧化物复合材料等电极材料的开发已成为研究热点。

近年来，金属有机框架材料引起了能源界的广泛关注，它具有高孔隙率、低密度、大比表面积、孔道规则、孔径可调以及拓扑结构多样性和可裁剪性等优点。因此，MOFs被广泛用于制备碳材料，金属氧化物或碳/金属氧化物复合材料，以提高电容型电化学性能。

基于此，我们首次制备了将CTP-COOH作为配体的Co-MOF，并在650℃一步热解，获得N、P和O共掺杂的Co/C复合材料。将其作为超级电容器的电极材料，三电极体系测试结果表明：在1 A g^-1电流密度下能提供739.6 F g^-1的比电容；同时经过5000次循环后，仍可保持80.6%的电容。研究发现：杂原子掺杂不仅可以激发电极材料的赝电容行为，显著地提高了电容性能，而且也改善了材料的润湿性，增强了电解质的浸润。本研究表明，N、P和O共掺杂材料在新一代储能器件中具有潜在的应用潜力。