为提高超级电容器性能，利用水热法制备了NiCo-MOF@CNTs复合电极材料。通过掺杂碳纳米管（CNTs）促使NiCo-MOF@CNTs形成一种独特藤蔓状结构，其中NiCo-MOF被分散成极薄的纳米片并构成藤蔓结构的叶片，由其提供丰富的反应活性位点；CNTs则构成与叶片相连接的茎蔓，由其将电子源源不断传递至NiCo-MOF叶片上的反应位点，促进赝电容生成。该材料在1 A/g电流密度下，比电容高达1 569 F/g；组装成非对称超级电容器后，经5 000次充放电循环，比电容保有率91.2%，在759 W/kg功率密度下的能量密度高达50.63 Wh/kg。
藤蔓结构NiCo－MOF@CNTs复合电极材料制备及性能
任国行，顾 波，杨小芹，彭晓雪，魏金雨，贾 嘉，林 喆，秦志宏
中国矿业大学，化工学院
CNTs与NiCo-MOF形成独特的藤蔓结构，其中NiCo-MOF构成藤蔓的叶片，为电荷存储提供活性位点，而CNTs构成与叶片相连接的茎蔓，将电子源源不断传递至活性中心，改善电化学性能。
研究背景
MOFs因其高比表面积和丰富孔道结构被视为优秀的超级电容器电极材料，其金属离子可参与法拉第氧化还原反应，具有较高的比电容。然而，大多数MOFs导电率较低，限制了其应用。为了克服这一限制，将MOFs与具有优异的导电性的CNTs进行复合，以提高其导电性。这种复合材料兼具MOFs的高比表面积和CNTs的良好导电性，从而实现了更优越的电化学性能。
研究内容
通过水热法将碳纳米管与以镍钴为二元活性中心、2-甲基咪唑为配体的NiCo-MOF复合，以按等体积比配制的离子水/乙醇/DMF混合溶剂为水热溶剂。在100 mL水热釜中于120℃下反应9 h。运用BET、XPS、FESEM和电化学工作站等分析测试手段，研究CNTs添加量对材料结构和电化学性能的影响。以CNTs添加量为5 mg的NiCo-MOF@CNTs为正极、活性炭为负极组装非对称超级电容器，探究NiCo-MOF@CNTs复合材料在实际应用中的效果。
研究结论
1）通过水热法合成独特藤蔓状结构的NiCo-MOF@CNTs复合材料，其中NiCo-MOF分散成极薄的纳米片并构成藤蔓结构的叶片，为电荷存储提供了大量活性位点;而CNTs则构成与叶片相连接的茎蔓，将电子源源不断传递至活性位点，促进赝电容的生成。CNTs还增加材料的比表面积，增强了体相结构的稳定性。
2）在1 A/g电流密度下，NiCo-MOF@CNTs5复合材料的比电容高达1 569 F/g，具有出色的电化学性能。即使在20 A/g电流密度下，材料的电容保有率仍高达74%，表现出优异的比电容和倍率性能。
3）该ASC器件在5 A/g电流密度下，经5 000次充放电循环后，比电容保有率高达91.2%;在759 W/kg功率密度下，该复合材料的能量密度高达50.63 Wh /kg;而在17.3 kW/kg功率密度下，仍能实现41.94 Wh /kg的高能量密度。
图1 FESEM图像：（a）NiCo-MOF，（b）NiCo-MOF@CNTs5，（c）NiCo-MOF@CNTs10和（d，e，f）NiCo-MOF@CNTs20
图2 NiCo-MOF@CNTs倍率性能图
图3 NiCo-MOF@CNTs5//AC（ASC）的Ragone图
引用格式：
任国行,顾波,杨小芹,等.藤蔓结构 NiCo-MOF@ CNTs 复合电极材料制备及性能[J].洁净煤技术,2024,30(1):76-86.
REN Guohang,GU Bo,YANG Xiaoqin,et al.Preparation and performance of creeping vine-like structured NiCo-MOF@CNTs composite electrode materials[J].Clean Coal Technology,2024,30(1):76-86.
通讯作者
秦志宏，男，中国矿业大学化工学院教授、博士生导师，主要从事煤结构理论、煤全组分高效利用理论与技术、炭分离膜制备与应用技术、炭素材料制备与应用技术、超级电容器电极材料制备技术和炼焦配煤理论与技术等领域的科学研究。主持国家自然科学基金项目5项及其他省部级以上项目4项；第一作者和通讯作者发表学术论文70余篇，其中SCI、EI收录论文40余篇；出版专著2部，编著和教材2部；授权国家发明专利9项；获教育部、中国石油与化学工业协会及江苏省科技进步一等奖1项、二等奖2项、三等奖1项。
作者简介
任国行，男，中国矿业大学硕士研究生，主要从事超级电容器电极材料制备技术，参与多项国家自然科学基金项目，以第一作者或参与发表论文三篇，获第十四届全国大学生化工设计竞赛叁等奖、第十届全国大学生数学竞赛三等奖、中国矿业大学电子显微摄影大赛一等奖和中国矿业大学一等学业奖学金。
教师团队
秦志宏，教授；林喆，副教授；杨小芹，副教授
研究方向
1、煤族组分分离及煤结构理论
2、高性能炭素材料、储能材料等制备技术
3、煤及煤基炭材料的分子动力学模拟
4、微细颗粒固液分离过程强化及装备研究
5、光催化氧化降解废水有机物
主要学术贡献
开发了煤全组分温和化萃取反萃取分离方法，构建适于全煤阶的煤嵌布结构理论新模型；提出对煤有机质先分离后加工利用的综合高效利用新思路；提出并开发了利用煤中族组分制备中间相和炭素制品以及制造复合炭膜和超级电容器电极材料的新方法与工艺；提出非岩相炼焦配煤新方法与技术思路等。
