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基于ZIF-67的复合材料制备及其电化学性能研究

摘要

能源作为经济发展的基础，是国家强盛的动力来源，而可持续的新能源则是

未来长久发展之路，超级电容器作为一种新型储能设备可广泛应用工业、军事等

领域，有很高的应用价值。超级电容器性能主要取决于电极材料，为了提升材料

的性能，本论文基于沸石咪唑酯骨架-67（ZIF-67），在ZIF-67的表面包裹一层二

氧化硅膜（SiO）得到中间产物ZIF-67/SiO，制备出了一种核壳结构材料

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CoO@SiO，导电聚合物和还原氧化石墨烯基（rGO）分别与核壳材料复合，研

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究复合材料的电化学性能并应用于超级电容器电极，主要研究内容如下：

1.首先通过简单的室温搅拌法制备ZIF-67和ZIF-67/SiO2材料，再采用固相

法烧结得到核壳结构材料CoO@SiO，对前驱体ZIF-67、中间产物ZIF-67/SiO

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和最终产物CoO@SiO进行表征分析，并对比分析三种材料的电化学性能。结

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果显示：ZIF-67呈现出正六面体形状，ZIF-67/SiO2依旧保留了ZIF-67的形状结

构，核壳结构CoO@SiO通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、热重分

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析（TGA）和傅里叶红外光谱（FTIR）表征分析。由于核壳结构CoO@SiO的

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外壳为SiO2膜，其非导电性致使材料的电化学性能表现较差，当电流密度为

0.6A/g时，比电容只有33.36F/g，需进一步提升核壳结构材料的导电性，从而提

升其电化学性能。

2.为了探究核壳材料导电性提升的方法，我们采用原位聚合法制备了聚吡咯

（PPy）基核壳复合材料CoO@SiO/PPy，通过引入导电性良好的聚吡咯，来改

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善核壳材料CoO@SiO的导电性，并寻找PPy加入的最佳配比。通过恒电流充

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放电测试（GCD）、循环伏安测试（CV）和交流阻抗测试（EIS）研究

CoO@SiO、PPy和CoO@SiO/PPy的电化学性能，结果表明：同样在0.6A/g

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的电流密度下，20mgCoO@SiO与2ml的PPy单体复合性能最优，比电容达到

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了107.7F/g，而CoO@SiO、PPy分别只有33.36A/g、99.3A/g。

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3.还原氧化石墨烯（rGO）具有优良的导电性，我们采用水热法将氧化石墨

烯（GO）还原成rGO，同时让CoO@SiO与其进行了复合，并研究了不同质量

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配比的还原氧化石墨烯对复合材料CoO@SiO/rGO性能的影响，以寻找出最佳

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配比。对材料进行电化学性能测试，结果显示：当电流密度为0.4A/g时，

CoO@SiO和rGO质量比为1:1的复合材料CoO@SiO/rGO