基于MIL-53(Al)的碳纳米管复合材料的制备及其用于超级电容器的性能

乔俊宇 张 峰 张雅男 李秀涛

(中国民航大学民航热灾害防控与应急重点实验室，天津 300300)

日益增长的能源需求和环境压力使得人们迫切需要开发新的能源转换和存储新技术。具有快速充放电、高容量、高功率密度和较长的循环寿命等优点的超级电容器是当前新能源领域的研究前沿之一。金属有机框架材料(metal-organic frameworks，MOFs)是一类网状多孔结构材料，由金属中心与有机配体自组装配位连接形成，经碳化可形成金属/金属氧化物高度有序分布的高比表面积碳衍生材料[1-4]，目前其被认为是极具发展潜力的超级电容器电极材料。已有大量关于以具有高理论赝电容值的金属(如过渡金属、贵金属)为金属活性中心的MOFs和其他具有超高比表面积的MOFs衍生碳材料分别为赝电容超级电容器和双电层电容器电极材料的报道[5-9]。然而，MOFs本身导电性差，且不同的MOFs在高温碳化过程中的石墨化程度有限，制约了MOFs及其衍生材料在超级电容器领域的进一步发展。所以，为进一步提高其性能，在MOFs中复合高导电性材料碳纳米管(carbon nanotubes，CNTs)成为了当前的研究热点之一。在MOFs的制备过程中直接加入CNTs进行混合，使晶体在生长过程中以嵌入或包裹CNTs的形式进行复合是常用的方法[10-12]。另外，对于以Ni、Co等为金属中心的MOFs，由于其金属中心具有较高的催化活性，无需添加已制备的CNTs，直接碳化后即可形成MOF原位生长CNTs的复合碳材料，成本更低且具有更好的连接性。例如，Yang等[13]在将Ni-MOF经800℃高温碳化后发现了CNTs的生长，在0.5 mA·cm-2电流密度下比电容为272 mF·cm-2，在5 000次循环之后依旧能保持100%的比电容；……