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首頁(yè) > 行業(yè)資訊 > 大連理工大學(xué)張旭/劉安敏、濱州學(xué)院趙英淵 Small：一維Co-CH@Ni-MOFs核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料設(shè)計(jì)制備

大連理工大學(xué)張旭/劉安敏、濱州學(xué)院趙英淵 Small：一維Co-CH@Ni-MOFs核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料設(shè)計(jì)制備

時(shí)間：2022-04-28 來(lái)源： 瀏覽：

大連理工大學(xué)張旭/劉安敏、濱州學(xué)院趙英淵 Small：一維Co-CH@Ni-MOFs核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料設(shè)計(jì)制備

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收錄于合集
#核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu) 1 個(gè)
#一維復(fù)合材料 1 個(gè)
#MOFs 8 個(gè)
#堿式碳酸鈷 1 個(gè)
#超級(jí)電容器 5 個(gè)

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近期，大連理工大學(xué)張旭、劉安敏與濱州學(xué)院趙英淵在基于 MOFs 的異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合成方面取得新進(jìn)展，探索了一維堿式碳酸鈷 @Ni-MOFs(Co-CH@Ni-MOFs) 核 - 殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用，豐富了基于 MOFs 的一維核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合電極材料的設(shè)計(jì)理念，相關(guān)成果以 “ One-Dimensional Co-Carbonate Hydroxide@Ni-MOFs Composite with Super Uniform Core–Shell Heterostructure for Ultrahigh Rate Performance Supercapacitor Electrode ” 為標(biāo)題 ， 發(fā)表在 Small 。此研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金等資助支持。
 

圖 1 Co-CH@Ni-MOFs 的設(shè)計(jì)制備示意圖
 
MOFs 材料具有高比表面積、可調(diào)的孔結(jié)構(gòu)和豐富的氧化還原反應(yīng)位點(diǎn)，是超級(jí)電容器電極 的 理想材料之一。但是 MOFs 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)慢導(dǎo)致其比容量和倍率性能不甚理想。針對(duì)上述問(wèn)題，他們提出了一維核殼結(jié)構(gòu)納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念。以具有良好贗電容特性的一維 Co-CH 納米線作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑和基底，誘導(dǎo)在其表面包覆 Ni-MOFs ，形成超均勻的核 - 殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)（圖 1-2 ）。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，堿式碳酸鈷的引入對(duì) Ni-MOFs 的結(jié)構(gòu)有顯著影響，所形成的界面可以產(chǎn)生額外的活性位點(diǎn)。 XRD 和 XPS 的表征證實(shí)了異質(zhì)結(jié)材料的形成，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)內(nèi)核 Co-CH 納米線與外殼 Ni-MOFs 之間存在較強(qiáng)的電子轉(zhuǎn)移（圖 3 ）。理論計(jì)算表明，所形成的核 - 殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以提升電子的電化學(xué)活性并 增強(qiáng) 對(duì)溶液中 OH - 離子的吸附 行為 （圖 4-5 ）。構(gòu)筑的異質(zhì)結(jié)可以有效的發(fā)揮協(xié)同效應(yīng) ， 從而改善電極材料可逆氧化還原反應(yīng)。因此，所設(shè)計(jì)制備的 Co-CH@Ni-MOFs 電極表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能：比容量可以達(dá)到 1246 F g -1 ，在 150 A g -1 下具有 70.3% 的容量保持率，并且在 10000 次的循環(huán)下依然可以保持初始容量的 90.1% 。
 

 
圖 2   一維 Co-CH@Ni-MOFs 核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)的 微觀 結(jié)構(gòu)圖：（ a-b ） SEM 圖 ; （ c-d ） TEM 圖 ; （ e ） STEM 圖和對(duì)應(yīng) Ni, Co 的元素分布圖
 

圖 3 Co-CH 、 Ni-MOFs 、 Co-CH@Ni-MOFs 的 (a) XRD 圖 ; (b) XPS 全譜 ; (c)Ni-MOFs 和 Co-CH@Ni-MOFs 的高分辨率 Ni 2p 光譜； (d)Co-CH 和 Co-CH@Ni-MOFs 的高分辨率 Co 2p 光譜
 

 
圖 4 DOS 圖和 PDOS 圖： (a-b) Co-CH 、 Ni-MOFs 和 Co-CH@Ni-MOFs 的 DOS 圖 ; (c-d) d-PDOS 圖
 

圖 5 OH - 吸附行為 的能量波動(dòng)曲線： a) Co-CH, b) Ni-MOFs, and c) Co-CH@Ni-MOFs ； OH - 吸附行為 的溫度波動(dòng)曲線 d) Co-CH, e) Ni-MOFs, and f) Co-CH@Ni-MOFs.
 

圖 6 OH - 在 分子動(dòng)力學(xué) 模擬的最終構(gòu)型 與 吸附能 (a) Co-CH; (b) Ni-MOFs 和 (c) Co-CH@Ni-MOFs
 

圖 7 所制備的 Co-CH 、 Ni-MOFs 和 Co-CH@Ni-MOFs 電極的電化學(xué)性能 : (a) 50mV·s -1 下的 CV 曲線 ; (b) Co-CH@Ni-MOFs 在 5 至 300mV·s -1 掃速下的 CV 曲線 ; (c) 電流密度為 10 A g -1 時(shí)的 GCD 曲線 ; (d)1-150 A g -1 的比容量 ; (e) 電化學(xué)阻抗 Nyquist 圖 ; (f) 在 10 A g -1 電流密度下的循環(huán)性能
原文鏈接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202200656

 

作者簡(jiǎn)介

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張旭    大連理工大學(xué)碩士生導(dǎo)師，主要從事納米復(fù)合材料的的制備與應(yīng)用研究。以一作和通訊作者發(fā)表 SCI 論文 20 余篇，并授權(quán)國(guó)家專利 10 余項(xiàng)。主持及參與多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、遼寧省自然科學(xué)基金項(xiàng)目。
劉安敏   大連理工大學(xué)碩士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)殡娀瘜W(xué)功能材料設(shè)計(jì)制備與應(yīng)用，并結(jié)合電化學(xué)研究及理論與計(jì)算化學(xué)開展材料在電催化、儲(chǔ)能等方面的機(jī)理研究。以一作 / 通訊發(fā)表相關(guān)領(lǐng)域 SCI 論文 50 余篇。主持及參與多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、遼寧省自然科學(xué)基金項(xiàng)目，獲得遼寧省自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果獎(jiǎng)。
趙英淵 ，濱州學(xué)院、碩士生導(dǎo)師。主要從從事儲(chǔ)能材料與器件、納米負(fù)荷材料領(lǐng)域的研究；主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金 1 項(xiàng)；目前已經(jīng)發(fā)表相關(guān)的 SCI 論文 30 余篇， H 因子 12 ，他引次數(shù) 467 次；授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利 10 余項(xiàng)。

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