项目名称: 三维纳米孔-石墨烯微纳结构的设计与制备及电化学储能性能研究

项目编号: No.21471118

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 邓鹤翔

作者单位: 武汉大学

项目金额: 90万元

中文摘要: 多孔化、纳米化是储能材料的发展趋势。金属有机框架物(MOFs)是近年来发展较快的无机晶态孔材料,其超大的比表面积(高达7000 m2/g),超高的孔隙率(达90%以上)及其孔道在纳米尺度(1-10nm)可精确调控性使其在电化学储能方面有着巨大应用潜力。此项目以开发新型储能材料为出发点,从无机纳米孔微结构的构建角度解决电化学储能材料中快速传质和传荷的兼顾问题。结合MOFs的快速传质特性和石墨烯卓越的电子传导性,通过对MOFs与石墨烯微纳结构的系统性设计与调控,制备出具有高比容量、高倍率和高循环性能的电极材料。并在锂离子电池和超级电容器体系中系统研究该复合材料的电化学性能。发展和运用原位XRD技术探究电极材料在电化学测试中的微纳界面晶相和结构变化,揭示微纳结构的构效关系。此项研究将为下一代电化学储能材料的设计提供新的思路,为纳米结构的精确调控提供新的实验及理论依据。

中文关键词: 多孔材料;纳米复合材料;金属有机框架物;超级电容器;锂离子电池

英文摘要: As the demand of personal electronic devices increase,it is imperative to develop novel electro-chemical energy storage materials that have high energy density, high power output and enduring cyclic abitlity. The apearance of nanoporous materials largely accelerate this development attributing to their porous structure that favor the ion transfer process. Metal-Organic Framework is a rising star in the field of nanoporous material research. This new class of crystalline materials exhibit ultra-high surface area (>7000m2/g), superial porosity (>90% void space) and the flexibility to precisely control the pore size in nanoscale (1-10nm),thus it is idea candidate for the next generation electro-chemical energy storage material. This project will focus on the design and synthesis of porous material that can provide good electon conductivity as well as accessibility for ions. Specifically, we will combine MOF nanoparticals with graphene to make nanocomposite that can be used as electrode for either supercapacitor or lithium battery system. Through systematic design of the pore size, pore environment,nanopartical size and functional groups on the surface, we will optimize the interaction between MOFs and graphene, so that to achieve high energy density and high cyclic ability. In situ PXRD will be developed to monitor the sctructural change of the nanocomposite surface boundary during the electro-chemical process, therefore the effect of nano structure modification on the electronic properties of these materials can be explored. This project will provide a new method to acheive high energy density, high power output and enduring cyclic abitlity in the next generation electrode. Experimantal data as well as new theory will be accumulated to provide fundimental support for the development of nanocomposite materials.

英文关键词: porous material;nanocomposite;metal-organic frameworks;supercapacitor;Lithium Battery

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