纳米化MOFs限域在多级介孔碳结构复合材料制备及电化学储能的研究任务书

 2021-08-31 11:08

1. 毕业设计(论文)主要内容:

设计(论文)主要内容

绿色清洁能源的开发和利用对于解决当前人类社会所面临的能源危机具有重要意义。作为新世纪重要的绿色储能器件,超级电容器因其具有高功率密度,长寿命,无记忆效应,低温性能优越等优势而被应用于电动汽车驱动,刹车能量回收等领域。然而,超级电容器较低的能量密度限制了其发展空间。超级电容器的容量很大程度上取决于电极材料的本征特性。电化学超级电容器储存电能主要通过在电极表面的电解液离子形成双电层的反应或涉及电极材料表面上发生法拉第赝电容反应。这两者储能机制的差别在于前者在溶液和电极之间没有电子的通过,而后者涉及界面的电子转移提供赝电容。双电层超级电容器的高的能量密度得益于材料的高电导率和高比表面积,然而这类比较少。目前,该类电容器的研究主要集中碳材料。具有法拉第赝电容反应的材料,比如过渡金属氧化物(如MnO2,Co3O4等),因其高的容量也广泛引起了大家的关注。然而这些材料本身依然存在一些不足,在动力学方面,本身为半导体,电阻较大,不利于氧化反应过程中电子的传递;在热力学方面,材料超级电容器容量主要为双电层的贡献,仅有少量的赝电容反应发生,导致其容量较低。本项目拟结合多级纳米复合结构的设计构筑和新型电极材料的开发,制备出均匀的纳米化MOFs限域在多级介孔碳结构复合材料,表征电极材料的物相、形貌、界面结构、元素化学价态、光谱特征等,并将其应用在高性能超级电容器。研究材料界面结构、微观结构、晶体结构、电子结构等与离子扩散、电子传输、极化、充放电、循环可逆性等的相互关系,在超级电容器领域的探索与开发奠定科学基础。

设计(论文)主要内容:

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2. 毕业设计(论文)主要任务及要求

1、查阅不少于15篇的参考文献(其中近5年英文文献不少于3篇),完成开题报告;

2、制备出均匀的纳米化MOFs限域在多级介孔碳结构复合材料;对所获得的材料进行详细的结构表征;测试以该材料为活性物质的电化学性能,同时讨论其结构与性能的相关性。探索其形成机理,并实现对该策略的推广。

3、完成不少于5000字的英文文献翻译。

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3. 毕业设计(论文)完成任务的计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解研究所需的项目背景,材料合成机理、材料表征手段。确定方案,完成开题报告。

第4-7周:按照预定的方案构筑纳米化MOFs限域在多级介孔碳结构复合材料的可控制备,并且对其进行XRD和SEM等物相和形貌的表征。

第8-12周:组装电池并测试电化学性能,完成理论分析。

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4. 主要参考文献

[1] Liu, J., Addressing the grand challenges in energy storage. Adv. Funct. Mater., 2013,23 (8):924-928,

[2] Miller, J. R.; Simon, P., Electrochemical capacitors for energy management. Science, 2008,321 (5889): 651-652,

[3] Simon, P.; Gogotsi, Y., Capacitive energy storage in nanostructured carbon–electrolyte systems. Acc. Chem. Res., 2012,46 (5):1094-1103,

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