Co-MOFs及其衍生物的合成与超电容性能研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

课题意义以及研究现状

超级电容器是一种新型的储能器件，结合了传统的静电电容器高功率密度和锂离子电池高能量密度的优点，其储存电荷能力优于锂离子电池而与 之相比传统电容器则差一些，并以其快速的充放电以及长的循环寿命等优异的性能及广阔的应用前景受到了世界各国的重视^[1]。超级电容器一般由电解液、隔膜和电极材料组成，其按储能机理可分为双电层电容器和赝电容电容器^[2]。其中，赝电容电容器因法拉第过程而具有更高的比电容和能量密度，可以满足大容量储存的需求。而超级电容器的核心元素则是电极材料。电极材料的结构与性能对超级电容器的影响至关重要，是电极存储电荷产生电容的物质基础。

金属有机骨架材料（metal-organic framewks，mofs）是一种新型的多孔材料，这类材料是由含有两个或两个以上配位官能团，具有多端配位能力的有机桥联配体与金属离子通过配位键自组装形成的多孔网状骨架结构的化合物。其中，有机羧酸可通过羧基与各种金属离子形成强的配位键，构筑许多高稳定性、大孔径的mofs材料^[3]。电极材料中，过渡金属氧化物又引起大家关注。其中钴在地壳中储量丰富，价格低廉，环境友好，性能优异而成为了有研究潜力的电极材料。近些年由于对材料的不断摸索，各种结构与形貌的钴基mofs被设计合成并在超级电容器领域深入研究。特别说明的是，co基mofs具有非常高的比电容量，有着非常潜在的应用价值。

2. 研究的基本内容和问题

1.研究目标：

在本实验中，设计使用4,4,4-s-三嗪-2,4,6-三苯甲酸（h₃tatb）作为构建块，方便地制备了大型多孔的co-mofs。以期获得容量大、循环性能优异、高能量密度的超电容电极材料。并对样品进行x射线衍射（xrd），将反馈得到的峰型与相关文献或由密度泛函理论模拟得到的xrd的峰型进行比对，加以扫描电镜（sem）图像共同确定样品微观结构与形貌。随后运用相关设备，对样品进行电导率，电化学性能测试。并将所得结果与co-mofs活性炭复合材料进行比较。

2. 本项目的具体研究内容如下：

3. 研究的方法与方案

1.研究方法：

本实验拟通过一步合成法，使用乙醇和蒸馏水混合溶剂，加入醋酸钴、聚乙烯吡咯烷酮（pvp）和4,4,4-s-三嗪-2,4,6-三苯甲酸钠（na₃tatb），通过搅拌，离心，烘干，研磨等操作制备成电极co-mofs配合物，同时通过加入碳纳米纤维以相同实验方案制备材料，与不加入cnfs的进行对比。通过调整反应参数，获得性能优异的产物材料，分析其电化学性能，筛选合适的实验条件。实验路线如下：

4. 研究创新点

特色或创新之处（1）根据物质溶解性，对反应过程中溶剂的配比进行了选择。（2）在电极制备过程中加入了搅浆的环节，使得电极材料与导电剂充分结合，提高电极材料与泡沫镍的协同负载程度。（3）加入CNFs提高导电性，制备材料对比不添加时产物性能变化。

5. 研究计划与进展

（1）2019.12-2020.01前期进行资料收集，查阅国内外相关文献；确定预期实验

方案，完成课题文献综述和开题报告

（2）2020.03-2020.04按照既定方案进行前期实验，摸索最佳实验条件；撰写中期论文，进行中期汇报；