MOFs衍生的氮掺杂碳的合成及电化学性能研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

1. 课题背景和意义

化石燃料的过度使用使得当前人们正面临着传统化石能源枯竭、环境逐渐恶化的挑战，因此，新的清洁能源需要得到开发与利用。至今，人们已经学会运用太阳能、潮汐能、风能等大自然给予的“绝对”清洁能源，然而，这些资源受到气候、地域的限制，供能十分不稳定。对于这些有间歇式供能特点的自然能源，一款能够先储存能源并在需要的时候完全释放储存能量的完美储存器成为了人们的目标之一。由此，对于电池和电容器这些储能器件性能的改良与提升吸引了众多学者致力于其中。然而，现如今对于电池和电容器的应用依然存在着许多的阻碍。电池有着比电容器更高的能量密度，但其功率密度较低，而电容器虽然有着优秀的倍率性能以及相对高的功率密度，但能量密度的不足大大抑制了其应用范围。

2. 研究的基本内容和问题

1. 研究目标

本课题旨在通过镍金属盐与配体3-氨基-1,2,4-三唑-5-羧酸（atc）在一定条件下发生配位反应得到相应的ni-mofs（标记为ni-atc），将其在氮气中煅烧得到氮掺杂的镍碳混合物，最终获得比电容量大、倍率性能好、循环性能稳定的scs电极材料。

3. 研究的方法与方案

1. 研究方法

本课题拟定采用简单的一步配位合成方法制备相关ni-mofs，选用去离子水和乙醇（95wt）混合液作为反应溶剂，加入镍盐水溶液后滴加naatc，经过一段时间的搅拌反应与陈化后，离心并洗涤得到ni-atc，确保得到纯度更高的产物。随后烘干ni-atc，将其作为前驱体放入管式炉内煅烧，对预计得到的氮掺杂镍碳混合物进行x射线衍射（xrd），将反馈得到的峰型与相关文献进行比对，观察是否有预期的镍单质存在，加以透射电镜（tem），热重分析（tga）等测试手段检测，论证结论。最后运用相关设备，对样品进行电导率，电化学性能测试。

4. 研究创新点

（1）实验方法简单可行。通过镍盐与有机配体在室温下简单的一步合成制备得到相关mofs，其作为前驱体煅烧得到保留其mofs多孔结构的衍生混合物提高了电极材料的导电能力与储能能力。

（2）实验污染小。实验过程中所涉及的溶剂皆为水系溶液，易于处理，对于环境污染较低。

5. 研究计划与进展

2019年12月至2020年1月：准备齐全实验所需药品，进行预实验，设想多套备选方案与所需表征技术。

2020年2月至2020年3月：确定合成方案，进行结构表征，得到所期望的ni-atc与相关煅烧产物。