基于多元MOF-74衍生的NiₓCo₃₋ₓO₄纳米颗粒在超级电容器中的应用

首页 > 行业动态 > 基于多元MOF-74衍生的NiₓCo₃₋ₓO₄纳米颗粒在超级电容器中的应用

摘要：
中国吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室团队，通过调控Ni/Co金属离子摩尔比，合成出5种同构单相MOF-74结构。经适当温度退火后，得到高比表面积的Co₃O₄、NiO及3种NiₓCo₃₋ₓO₄混合金属氧化物纳米颗粒。将这些金属氧化物用作超级电容器电极材料，发现双金属MOF-74-NiCo衍生的NiₓCo₃₋ₓO₄相较于单金属氧化物优势显著，其中Ni/Co比为1:1的NiₓCo₃₋ₓO₄-1电容最高（797 F/g），且循环稳定性优异。

研究背景：
1.行业问题和研究现状：超级电容器中，商用碳材料电容低、能量密度低；赝电容金属氧化物循环性能欠佳。混合过渡金属氧化物因 redox反应丰富、导电性高受关注，但合成中精准控制金属比例仍具挑战。
2.本文创新：以多元MOF-74为前驱体，利用其高比表面积、成分均一等特性，制备混合金属氧化物，实现Ni/Co比例可控，系统探究金属比例对电化学性能的影响。

实验部分：
1.MOF-74合成：将2,5-二羟基对苯二甲酸与相应金属硝酸盐（Co(NO₃)₂·6H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O，Ni/Co比1:1、1:2、1:4）混合于DMF-乙醇-水（1:1:1）中，超声后100℃反应24h，经DMF清洗、甲醇浸泡6天，200℃真空干燥，得MOF-74-Co、MOF-74-Ni等5种材料。
2.金属氧化物合成：将MOF-74放入石英坩埚，以1℃/min升温至400℃并保温10min，冷却后得到NiO、Co₃O₄及3种NiₓCo₃₋ₓO₄。
3.电极制备与电化学测试：将活性材料（80wt%）、乙炔黑（15wt%）、PTFE（5wt%）混合制浆成膜，压在泡沫镍上，用三电极体系（6M KOH电解液）测CV、恒流充放电等。

分析测试：
1.PXRD：MOF-74样品XRD峰与模拟一致；氧化物中，NiO、Co₃O₄为纯相，NiₓCo₃₋ₓO₄呈尖晶石结构。
2.BET：NiO比表面积117 m²/g，Co₃O₄为78 m²/g，NiₓCo₃₋ₓO₄-1为92 m²/g。
3.电化学测试：NiₓCo₃₋ₓO₄-1在1 A/g下电容797 F/g，20 A/g下电容保持率75%，10000次循环后电容557 F/g。
4.结果揭示：材料高比表面积、纳米结构利于离子/电子传输，Ni³⁺富集促进活性物质生成，提升电容与稳定性。

总结：
1.主要研究结果：成功制备系列MOF-74及衍生氧化物，Ni/Co=1:1的NiₓCo₃₋ₓO₄-1电化学性能最优。
2.创新突破：实现MOF衍生氧化物金属比例可控，为高性能电极材料合成提供新方法。
3.潜在意义：推动MOF在能源存储领域应用，为超级电容器性能提升提供新思路。

Rational design and synthesis of NiₓCo₃₋ₓO₄ nanoparticles derived from multivariate MOF-74 for supercapacitors
文章作者：Siru Chen, Ming Xue*, Yanqiang Li, Ying Pan, Liangkui Zhu and Shilun Qiu*
DOI：10.1039/c5ta02557e
文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/ta/c5ta02557e

本文为科研用户原创分享用于学术宣传交流，具体内容请查阅上述论文，如有错误、侵权等请联系修改、删除。未经允许第三方不得复制转载。