用于高性能超级电容器的金属有机骨架衍生Co(OH)2/C-N@GP纳米复合材料
Metal-organic-frameworks-derived Co(OH)2/nitrogen-doped carbon graphene nanocomposites for high-performance supercapacitors
作者单位E-mail
何应 武汉工程大学材料科学与工程学院, 武汉 430205  
张宇 武汉工程大学材料科学与工程学院, 武汉 430205  
何清 武汉工程大学材料科学与工程学院, 武汉 430205  
刘辉 武汉工程大学材料科学与工程学院, 武汉 430205 iamliuhui@live.cn 
李亮 武汉工程大学材料科学与工程学院, 武汉 430205 liu19837194@163.com 
摘要: 本文报道一种制备β-Co(OH)2/氮掺杂碳石墨烯纳米复合材料(Co(OH)2/C-N@GP)的方法。首先,我们通过在含羧基的聚苯乙烯(PS)乙醇分散体中使Co(NO32·6H2O与2-甲基咪唑反应,合成了ZIF-67/聚苯乙烯的复合材料。然后将ZIF-67/聚苯乙烯复合材料高温碳化,同时与硫代乙酰胺和石墨烯反应生成Co(SO42/C-N@GP。最后,Co(SO42/C-N@GP在KOH水溶液中浸泡以获得Co(OH)2/C-N@GP纳米复合材料。所制备的Co(OH)2/C-N@GP的扫描电镜图显示尺寸为10~20 nm的Co(OH)2很好地分散在石墨烯上。电化学分析表明Co(OH)2/C-N作为超级电容器的电极材料表现出典型的法拉第电荷转移行为,并且当石墨烯存在时,其比电容可显著增强。在2 mol·L-1 KOH中,Co(OH)2/C-N@GP在2 A·g-1下表现出985.4 F·g-1的高比电容,1 000次循环后的比电容保持率为76.6%。
关键词: 金属有机骨架  石墨烯  氢氧化钴  纳米复合材料  超级电容器
基金项目: 湖北省教育厅科学研究计划项目(No.D20181507);武汉工程大学科学研究基金项目(No.K201509,K201805)资助
Abstract: An effective method to prepare β-Co(OH)2/nitrogen-doped carbon graphene (Co(OH)2/C-N@GP) nanocomposites is presented in this work. First, we synthesized a composite of ZIF-67 and polystyrene by reacting Co(NO3)2·6H2O with 2-methylimidazole in a polystyrene-COOH ethanol dispersion. The ZIF-67/polystyrene composite was carbonized and subsequently reacted with thioacetamide and graphene to produce Co(SO4)2/C-N@GP. Finally, Co(SO4)2/C-N@GP was soaked in KOH aqueous solution to obtain Co(OH)2/C-N@GP nanocomposites. The scanning electron microscope image of obtained Co(OH)2/C-N@GP showed Co(OH)2 with sizes of 10-20 nm well dispersed on the graphene. Electrochemical analysis indicated that Co(OH)2/C-N as an electrode material exhibits typical Faraday charge-transfer behavior for supercapacitors. The specific capacitance of Co(OH)2/C-N can be enhanced when graphene is present. The Co(OH)2/C-N@GP exhibited a high specific capacitance of 985.4 F·g-1 at 2 A·g-1 in 3 mol·L-1 KOH with a specific capacitance retention rate of 76.6% after 1 000 cycles.
Keywords: metal-organic frameworks  graphene  cobalt hydroxide  nanocomposites  supercapacitor
投稿时间:2023-02-08 修订日期:2023-10-02
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何应,张宇,何清,刘辉,李亮.用于高性能超级电容器的金属有机骨架衍生Co(OH)2/C-N@GP纳米复合材料[J].无机化学学报,2023,39(12):2432-2440.
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