金属有机框架衍生的分层异构结构ZnCo₂O₄/ZnO复合材料用于高性能超级电容器

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学
• 纳米技术纳米技术

背景情况:

• 金属有机框架 (MOF) 为先进的复合材料提供可调的前体.
• 层次结构的材料对于增强电化学能量储存至关重要.
• 控制前体合成条件会影响最终复合物的性能.

研究的目的:

• 为了合成3D层次结构的ZnCo₂O₄/ZnO (ZnCoO) 复合材料.
• 为了研究溶解热反应温度对ZnCoO复合物结构和组成的影响.
• 为了评估ZnCoO复合材料作为超级电容电极材料的电化学性能.

主要方法:

• 在不同温度 (100°C和150°C) 下,ZnCo-双金属MOF前体的溶热合成.
• 热处理MOF前体以形成ZnCoO复合材料.
• 复合材料结构和组成的表征.
• 使用ZnCoO复合材料作为电极的超级电容器的电化学测试.

主要成果:

• 通过改变合成温度,获得具有明显等级结构 (立方体与珊瑚状) 的ZnCoO复合材料.
• 在150°C与PVP合成的ZnCoO-150-P复合物显示出一种类似珊瑚的结构,ZnCo₂O₄作为主要相.
• ZnCoO-150-P表现出极好的超级电容性能:1Ag-1时1266Fg-1,1Ag-1时85.3%的电容保留,20Ag-1时91.6%的保留1万个循环后.
• 一个不对称的超级电容器设备 (ZnCoO-150-P//AC) 提供了78.3Wh kg-1并保持了90.1%的电容量超过10,000个周期.

结论:

• 溶热反应温度显著影响ZnCoO复合材料的形态和相组成.
• 优化的ZnCoO-150-P复合材料在超级电容器应用中表现出卓越的电化学性能.
• 在ZnCoO-150-P中,成分和层次结构的协同效应有助于其高性能和稳定性.
• 开发的ZnCoO复合材料显示出实际储能装置的有希望的潜力.