摘要
为了应对能源危机和环境问题，世界各国开始大力发展核能、风能、太阳能和潮汐能等清洁能源。核能是清洁低碳、安全高效的稳定基荷能源，但是，核能发电后产生的核废料含有大量的强放射性核素。其中，137Cs是一种高释热的放射性核素，一旦进入环境易被动植物吸收，破坏生态健康。此外，风能、太阳能和潮汐能均属于间歇性能源，需要通过储能器件将其转化为稳定的能源输出利用。超级电容器因其安全性能高、循环寿命长、功率密度大和充/放电时间短等优点而被认为是良好的候选者。金属-有机骨架(MOFs)具有大的比表面积、可调节的孔隙和结构以及功能化改性等优点，不仅能够用于金属离子的分离，还可用作超级电容器的电极材料。因此，本论文采用原位生长法将六氰合铁酸铜(CuHCF)负载在MXene表面制备出MXene/CuHCF复合材料以除去溶液中的铯离子；同时，制备了一种具有独特形貌的双金属NiCo?MOFs，将其组装成不对称超级电容器器件，并进行性能测试。主要研究内容总结如下： (1)在本节中，通过原位生长 CuHCF 以制备出海绵状疏松多孔的MXene/CuHCF?2复合材料，并将其用于放射性废水和海水中铯离子的去除。在MXene上原位生长CuHCF，避免了CuHCF的堆叠和团聚，使得CuHCF有效利用率增加。MXene/CuHCF?2的3D疏松多孔结构有利于Cs(I)扩散和吸附，使其在20 min内对Cs(I)吸附达到平衡。吸附结果表明，MXene/CuHCF?2对Cs(I)最大吸附容量(qmax)可达326.80 mg/g。即使在含有多种竞争性阳离子的0.5 mol/L HNO3溶液和铯加标的海水中，MXene/CuHCF?2对Cs(I)去除率仍高于90%，且仅吸附Cs(I)而不吸附其它金属离子，这意味着MXene/CuHCF?2可用于放射性废水和海水中Cs(I)的去除。 (2)本节采用简单、温和的一步溶剂热法制备了Ni?MOF单晶，并将其作为模板采用原位刻蚀法制备“花状”NiCoMOF?2。有趣的是，NiCo?MOF?2的“花瓣”由多根纳米线堆叠而成，这种独特的结构可暴露更多的活性位点，增大电解质与电极材料的接触面积，促进电荷转移。结果表明，NiCo?MOF?2在电流密度为 0.5 A g?1时，比容量为 108.5 mAh g?1；组装的不对称超级电容器(NiCo?MOF?2//AC)在功率密度为450.6 W kg?1时，能量密度为45.7 Wh kg?1，且在6500次循环后，容量保持率为84.3%。
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