SmartMat |研究论文:新型等结构铁系-MOF煅烧衍生物作为正负极:超级电容器器件中获得匹配电极的新策略。

学术   科技   2024-09-07 09:30   天津  
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文章信息

Yawen Dong,  Jiadi Liu,  Hui Zhang,  Qingqing Li,  Feifei Mao,  Aimin Lu,  Hua Wu,  Kuaibing Wang,  Cheng Zhang,  Qichun Zhang. Novel isostructural iron-series-MOF calcined derivatives as positive and negative electrodes: A new strategy to obtain matched electrodes in a supercapacitor device

SmartMat. 2023; 4:e1159.

https://doi.org/10.1002/smm2.1159

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文章简介




非对称超级电容器(ASCs)的性能受到正极和负极之间容量差距的强烈限制。为了解决这个问题,考虑到MOFs衍生物的优点,包括大表面积,足够的金属原子掺杂含量和对浴液的极端表面润湿性,通过单步烧结方法开发了两种新的电极材料,这些材料来自Co-和Fe-金属有机框架(MOFs, Co-TAMBA-d和Fe-TAMBA-d)。制备的Co-TAMBA-d作为正极,随着容量的提高,其赝电容性能优于原始MOF材料,而Fe-TAMBA-d作为负极,其电化学性能优于活性炭材料。基于这两种电极的ASCs表现出优异的能量密度和功率密度,分别为47 Wh/kg和1658 W/kg,其中该装置可以保持突出的循环稳定性,循环5000次后容量保持率约为75%。此外,该容量可以馈送一系列红光发光二极管,这为潜在的应用提供了坚实的证据。这些结果证明了等结构MOF衍生物作为新型ASCs电极的可行性。














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图文导读





图 1. (A) Co-II在Co-TAMBA中的配位环境。(B) Co-TAMBA具有相邻环结构的一维链。(C) Co-TAMBA的二维层。(D) Co-TAMBA的三维网络。





图 2. (A) Co-TAMBA-d和Fe-TAMBA-d的FT-IR图像。(B) Co-TAMBA-d和Fe-TAMBA-d的XRD图像。(C) Co-TAMBA-d的TEM图像。(D) Co-TAMBA-d的HRTEM图像。(E) Fe-TAMBA-d的TEM图像。(F) Fe-TAMBA-d的HRTEM图像。






图 3. (A, B) Co-TAMBA-d和Fe-TAMBA-d的XPS图像。(C) Co 2p对Co-TAMBA-d的高分辨率XPS图像。(D) Fe-TAMBA-d的高分辨率XPS图像。






图 4. (A)不同扫描速率下Co-TAMBA-d电极的CV曲线。(B) Fe-TAMBA-d电极在不同扫描速率下的CV曲线。(C)不同电流密度下Co-TAMBA-d电极的GCD曲线。(D)不同电流密度下Fe-TAMBA-d电极的GCD曲线。(E)不同电流密度下的比容量。插图:Co-TAMBA、Fe-TAMBA、Co-TAMBA-d和Fe-TAMBA-d的EIS结果。(F) Co-TAMBA-d和Fe-TAMBA-d电极在2 A/g电流密度下的耐久性测试。






方案 1. Co-/Fe-TAMBA-d在碱性体系下的工作机理。





图 5. (A, B)制备的Co-TAMBA-d和Fe-TAMBA-d电极在10 mV/s扫描速率下的伏安响应。(C)循环后Co-TAMBA-d的Co 2p的高分辨率XPS图像。(D)循环后Fe-TAMBA-d的Fe 2p高分辨率XPS图像。





图 6. 电化学性能。(A) Co-TAMBA-d//Fe-TAMBA-d器件在不同电位窗下扫描速率为50 mV/s时的性能。(B) Co-TAMBA-d//Fe-TAMBA-d器件在不同扫描速率下的CV曲线。(C) Co-TAMBA-d//Fe-TAMBA-d器件在不同电流密度下的GCD曲线。(D) 3 A/g电流密度下的耐久试验。插图:前九个周期的GCD图。(E) Co-TAMBA-d//Fe-TAMBA-d器件功率密度和能量密度的Ragone图。(F)多个红色发光二极管并联显示。



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作者简介



张其春香港城市大学大学材料科学与工程学院终身教授,1992年南京大学本科分析专业毕业,1998年中科院北京化学所物理化学硕士毕业,2003年美国加州大学洛杉矶分校 (University of California,Los Angeles) 有机化学硕士毕业,2007年在美国加州大学河滨分校(University of California, Riverside) 无机化学博士毕业,2007-2008年美国西北大学(Northwestern University) 从事博士后研究, 2009年起担任新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院助理教授。2014年3月,晋升为新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院副教授(终身职位)。2014年12月受聘于新加坡南洋理工大学数理学院副教授。2020年9月受聘于香港城市大学大学材料科学与工程学院终身教授。张其春教授于2017年当选为英国化学会会士目前主要研究方向为共轭富碳材料的合成以及它们在器件等领域的应用。





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