成果介绍
金属有机框架材料的导电性差,这一点严重地限制了MOF材料在超级电容器中发挥其结构优势。因此,我们利用MOF材料自身结构与组成可调控的特点,将两种具备不同功能的二维MOF材料成功地融合成为一种均一的二维MOF材料。其中一种MOF是Ni-MOF-24,该材料具有较高的电化学活性,比电容较高,但是导电性差,致使其倍率性较差;因此,另一种我们选取的则是具备高导电性的MOF,Cu3(HITP)2。在这种导电MOF中,金属离子与导电配体充分螯合,形成导电网络,提升材料的导电性能。通过水热合成的方法,将二者融为一体,制备出了具有优异电化学性能的Ni//Cu MOF材料。通过一系列的表征手段在Ni//Cu MOF中发现了Ni-MOF-24和Cu3(HITP)2的信号,表明该种发放并没有破坏这两种材料自身的结构,而是将二者像“拼图”一样结合到一起,形成了Ni//Cu MOF。我们将Ni//Cu MOF作为超级电容器的电极材料,展现出了优异的电化学性能。在反映其储能特点的循环伏安曲线中有一对明显的氧化还原峰,表明其有着与电池材料相似的储能机制。Ni//Cu MOF的最大比电容可达1424 Fg-1(2 A g-1)。通过融合导电的Cu3(HITP)2,Ni//Cu MOF的倍率性能优异,在更大电流密度下,比电容分别可达1284、1103、792和570 Fg-1(4、8、16和32 A g-1)。我们将Ni//Cu MOF与活性炭进行匹配,组装成了电池型超级电容器,该电容器最大能量密度可达57 Wh kg-1,最大功率密度可达48000 W kg-1,且十分稳定,经过7000次循环只衰减5.7%。同时,该电池型电容器具备良好的快充慢放性质。我们用大电流密度对该电容器进行充电,以小电流密度进行放电,其效率分别可达97%、95%、82%、79%和53%(4/2、8/2、16/2和32/2 Ag-1)。在快充慢放的条件下对该电容器进行了稳定性测试,经过5000圈充放电循环,容量保持率为84%。