表面修飾雙金屬MOF納米片的電紡納米纖維用于高性能不對稱超級電容器

DOI: 10.1021/acsami.9b16420

金屬有機骨架（MOFs）材料具有比表面積大、氧化還原活性高、導電性好等優點，其在超級電容器電極中的應用是目前研究的熱點。本文通過控制不同類型金屬離子的摻入，制備了在電紡納米纖維（PPNF@M-Ni MOF，M=Co，Zn，Cu，Fe）上生長的具有花狀納米片結構的新型雙金屬MOF，其顯示出優異的電化學性能。例如，PPNF@Co-Ni MOF在1 A g^-1時具有1096.2 F g^-1的大比電容（548.1 C g-1的比容量）和優異的速率性能。此外，由PPNF@Co-Ni MOF（正極材料）和KOH活性碳納米纖維組成的非對稱固態器件，摻入還原氧化石墨烯（負極材料），在功率密度為1600 W kg^-1和長循環壽命的情況下，達到的最大能量密度為93.6 Wh kg^-1。這項工作將極大地推動對負載型MOF基電極材料設計的研究，使其在能量轉換和存儲方面具有廣闊的應用前景。

圖1（a，b）PPNF@Ni MOF和（c，d）PPNF@Co-Ni MOF-3樣品在不同放大倍數下的掃描電鏡圖像。（e）PPNF@Co-Ni MOF-3樣品的TEM圖像、（f）EDX光譜和（g-j）EDX圖譜分析。

圖2（a，b）PPNF@M-Ni Mof（M=Zn，Cu，Fe）、PPNF@Co-Ni MOF-X（X=1-4）、PPNF@Ni MOF產品的XRD圖譜和（c，d）FTIR光譜。PPNF@Co-Ni MOF-3產品的XPS光譜：（e）Ni 2p和（f）Co 2p。

圖3（a）PPNF@Ni MOF、PPNF@Co-Ni MOF-X（X=1-4）電極的CV和（b）GCD曲線，分別在10 mV s^-1和1 A g^-1下測量。（c）分別在不同掃描速度和電流密度下測量PPNF@Co-Ni MOF-3電極的CV和（d）GCD。（e）PPNF@Ni MOF、PPNF@Co-Ni MOF-X（X=1-4）的速率性能和（f）EIS測量。

圖4（a）PPNF@M-Ni MOF（M=Co，Zn，Cu和Fe）樣品的CV和（b）GCD曲線，分別在10 mV s^-1和1 A g^-1下測量。（c）PPNF@M-Ni MOF（M=Zn、Cu和Fe）樣品的速率性能。（d）PPNF@M-Ni MOF（M=Co，Zn，Cu和Fe）樣品的EIS測量。

圖5（a）非對稱固態超級電容器示意圖。（b）在20 mV s^-1和2 A g^-1下，在不同電位窗下分別測試了CV和（c）GCD曲線。（d）在不同掃描速率和電流密度下，測得的PPNF@Co-Ni MOF//CNF-G的CV和（e）GCD曲線。

圖6（a）PPNF@Co-Ni MOF//CNF-G與一些報道的結果相比的Ragone圖（能量密度與功率密度）。（b）PPNF@Co-Ni MOF//CNF-G的循環穩定性和庫侖效率。（c）兩個PPNF@Co-Ni MOF//CNF-G電池串聯以點亮紅色LED燈的示意圖。