摘要
随着当今社会的飞速发展，环境问题日益突出，因此迫切需要一种性价比高环保可持续使用的储能装置。超级电容器因具有可观的能量密度、安全系数大、循环周期长、充放电时间短等优点，因此可作为一种新型高效的储能装置。而决定超级电容器性能的好坏的关键在于它的电极材料，金属有机骨架，简称MOF，是由过渡金属离子与多功能化的羧酸盐结构的有机单元通过配位反应来构建形成的。这种具有良好的比表面积和可观的孔体积，可以使电解液中的离子快速扩散储存电荷并且可以提供较多的氧化还原反应活性位点。同时又具有较好的热稳定性和易合成等优点，因此在电极材料中是一种理想的牺牲模板，可以广泛应用于超级电容器中的电极材料。本论文是以Co-MOF-74作为前驱体，通过溶剂热法合成Co-MOF-74衍生复合材料，再通过一系列的表征手段（XRD、EDS、IR、比表面积测试、SEM及TGA等）对形貌和结构进行表征，在三电极体系中进行了电化学性能的测试（循环伏安法、恒电流充放电、交流阻抗及循环性能测试），具体研究结果如下： a.以二价钴离子为中心离子，2,5-二羟基对苯二甲酸为有机配体，以3:1的摩尔比，通过溶剂热法在120℃下反应24 h得到Co-MOF-74；将其制成超级电容器中的电极材料，通过三电极体系测试，结果表明：在1 A/g电流密度下，比电容为254.6 F/g，当电流密度增加到20 A/g时，比电容为162.7 F/g，电容保持率为63.9%。在10 A/g电流密度下循环10000圈后，比电容为初始值的65.6%。 b. 在合成Co-MOF-74体系中，分别添加不同的表面活性剂：十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、十二烷基磺酸钠（SDS）和六次亚甲基四胺（HMT），通过溶剂热法在120℃下反应24 h形成Co-MOF-74/表面活性剂复合材料。通过一系列的表征，发现其形貌结构等均发生了变化。通过电化学测试表明，当CTAB、SDS、HMT添加量分别为0.2 g、0.1 g、0.2 g时，其比电容达到最优，在1 A/g电流密度下分别为612.4 F/g、679.5 F/g、606.4 F/g，当电流密度增加到20 A/g时，比电容分别降到455.6 F/g、475.7 F/g、479.7 F/g，电容保持率分别为74.4%、70.0%、79.1%。EIS测试结果表明，复合材料具有较低的电荷转移电阻（Rct）及内部电阻（Rs）。在电流密度为10 A/g下，恒电流充放电循环测试10000圈后，电容保持率分别初始比电容的75.3%、72.5%、69.4%。添加表面活性剂可以较好地改善Co-MOF-74电极材料的电化学性能。 c. 在合成Co-MOF-74体系中，分别添加不同比例的碳基材料：氧化石墨烯（GO）、多壁碳纳米管（MWCNT）、活性炭（AC），通过溶剂热法在120℃下反应24 h形成Co-MOF-74复合碳材料。通过表征发现Co-MOF-74衍生碳复合材料较Co-MOF-74其形貌与结构均发生了较大的改变。当GO、MWCNT、AC添加量分别为0.1 g、0.05 g、0.05 g时，电化学性能最好。在电流密度为1A/g时，比电容分别达到368.6 F/g、357.3 F/g、327.3 F/g，当电流密度增加到20 A/g时，比电容分别降到276.5 F/g、312.6 F/g、261.8 F/g，电容保持率分别为75.0%、87.5%、80.0%。EIS测试的电荷转移电阻和内部电阻也均较低，在10 A/g电流密度下循环10000圈后，电容保持率分别为初始值的78.5%、81.2%、83.6%。多孔碳材料提高Co-MOF-74电极材料的电化学性能，既增高了材料的比电容，又提高了电容充放电的稳定性。
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