宋 如,谭伟强,祁丽桦,杨启鹏

(青岛理工大学环境与市政工程学院,山东青岛 266000)

风能、太阳能等可再生能源的快速储存和利用,关系到未来能源体系结构的调整。超级电容器具备快速充放电的特点,对绿色能源的发展有推动作用。目前,大量的文献综述已讨论了活性炭[1]、碳纳米管(CNT)[2]、石墨烯[2-3]、导电聚合物[4]等传统电极材料的研究进展,但对金属有机框架配合物(MOFs)基材料在超级电容器领域的总结较少。

本文作者以目前最具代表性的3种MOFs基材料——导电MOFs、MOFs基碳材料和MOFs基金属氧化物为研究对象,详细论述MOFs基电极材料在超级电容器领域的研究进展,并对电极材料的发展方向进行展望。

1 导电MOFs

金属有机框架配合物具有大比表面积、孔径结构可调、活性位点多等特点,在能量储存领域备受关注,但大部分MOFs因导电性及稳定性较差,在电化学储能领域的应用受限。N.Campagnol等[5]研究发现C9H6O6Fe[MIL-100(Fe)]、C24H12Fe3O13(MIL-88B-Fe)等在最高200次循环测试过程中均出现结构塌陷,最终的容量基本上由碳材料所决定。S.Takaishi等[6]合成的导电MOFs材料Cu[Cu(pdt)2](pdt=2,3-吡嗪二硫酸酯),电导率达6×10-4S/cm,为MOFs材料在能源体系中的进一步应用打下了基础。MOFs的导电性主要由载流子的跳跃、空间穿越和能带传输等方式实现。丰富的配位方式、结构多样的有机配体和不饱和的金属配位中心,为导电MOFs材料的发展提供了基础。L.Sun等[7]提出,MOFs结构中金属离子外层轨道的能量在一定程度上决定了结构的导电性。Y.Kobayashi等[8]用Ni取代Cu[Cu(pdt)2]中的Cu,合成出一种类似结构的MOFs——Cu[Ni(pdt)2],由于NiⅡ中d轨道电子能量相对CuⅡ较低,该MOFs的电导率仅 6×10-8S/cm,较Cu[Cu(pdt)2]低了4个数量级。……