Cu-Co 双金属氧化物模版制备及超级电容器性能研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

作为二十一世纪最有前途的材料，纳米材料的研究领域正在不断扩大，已经从纳米晶体、纳米非晶体、纳米相颗粒材料逐步扩展到了纳米复合材料的研究。 此外，铁、钴、镍、铜、锌、银、钌等过渡金属离子制备得到的金属有机配合物（mofs），具有气体吸附、磁性、光学、分离科学、催化以及药物传送等特殊性能。 鉴于金属有机配合物与纳米粒子的以上特殊性质，现代科技领域已有研究将其两者结合，即将金属配合物制备成纳米级颗粒（cpps），显示出了惊人的特性，为现代工农业、医药及生物等领域的发展带来了契机。 迄今为止，过渡金属氧化物，如二氧化钌（ruo₂）、氧化镍（nio）、氧化钴（co₃o₄, coo）和氧化锰（mno₂, mn₃o₄, mno）等材料已经广泛用作电化学电容器的电极材料。 和碳材料相比，金属氧化物具有更高的比容量和能量密度；和导电聚合材料相比，金属氧化物又具有较好的循环稳定性。 因此，金属氧化物电极材料自问世以来一直受到人们的高度重视。目前报道的金属氧化物电极材料可分为贵金属氧化物(ruo₂)和基于ni、co、mn、v等过渡金属的氧化物及其水合物电极材料。 氧化铜（cuo）是有着窄带间隙（eg = 1.2 ev）的一类重要的p-型过渡金属氧化物半导体，因其拥有较高的理论容量、价格低廉以及环境友好等特点已广泛应用于新一代的可再充电的锂离子电池。 氧氧化钴和氧化钴也是一种具有发展潜力的超级电容器电极材料，其法拉第反应的原理和超级电容性能与氢氧化镍和氧化镍极为相似。

[1] j. d. rocca, d. m. liu, w. b. lin, acc. chem. res. 2011, 44, 957.

[2] w. cho, y. h. lee, h. j. lee, m. oh, adv. mater. 2011, 23, 1720.

2. 研究的基本内容和问题

研究目标：1、通过系统的电化学性能测试与分析，揭示co-ni双金属氧化物的工作机理、金属间的比例含量与超电容性能的关系。 2、获得具有实际应用价值的大容量、优异循环性能、高能量密度与高功率密度的co-ni双金属氧化物超电容电极材料。

研究内容：对配合物粒子样品进行形貌、大小表征等，通过控制管式炉的升温速率及其高温活化时间，灼烧得到形貌保持的co₃o₄及co₃o₄/cuo材料等，对其进行电化学测试。

拟解决的关键问题： 1. 建立初步的构-效关系，制备出形貌、大小可控的co-cu配合物纳米材料，探讨有机配体与co、cu金属离子的组装规律，研究纳米配合物前驱体活化过程中的生长机理与可控制备方法。基本解决制备过程中产生的基础理论与技术问题。 2. 深入研究形貌、大小与孔径对电化学性能影响，探索单分散型双金属氧化物电极材料的电化学电容器工作机理。

3. 研究的方法与方案

1.研究方法本项目拟在我们前期研究的工作基础之上，选择氨基苯甲酸配体为反应试剂及反应原料，进一步合成新的含不同取代基位置的希夫碱类配体，通过调整反应参数，探究该类配体与金属co、cu离子的共组装规律与组装化学，合成具有不同结构的单分散型co-cu双金属配合物纳米材料；利用合成得到的配合物纳米材料，化学转换合成出形貌、大小可控的单分散型co-cu双金属氧化物，深入研究形貌、大小、孔径以及双金属氧化物的相互含量对co-cu双金属氧化物电化学电容器性能的影响，建立初步的构-效关系；同时对双金属氧化物电容器的电子转移及离子传输的作用分工、相互间的协同效应进行系统的实验论证和研究，建立合理的工作机理模型。

具体研究方法如下： (1)配体的合成：设计合成含氮羧酸型希夫碱类有机配体，通过改变配位基团的位置和角度来探索配位官能团的取向。

(2)纳米配合物粒子的合成： 首先通过控制反应参数，筛选有机配体与一种金属离子反应后的单分散性优良的配合物粒子，通过后合成方法，进一步与不同浓度的另一种金属离子在溶剂中浸泡、反应后获得分散性良好的co-cu纳米配合物材料。

4. 研究创新点

（1）首次利用微/纳米配合物粒子为模板合成co-cu双金属氧化物配合物材料，利用自组装、表面修饰以及纳米复合等技术手段拓展氧化物复合材料的性质与功能是本课题的主要特色

（2）理论研究和实验相结合，基础研究与应用相结合以及多学科交叉的明显特色，为宏量制备银/锰氧化物复合材料体系提供材料基础。

（3）系统总结复合电极材料的表面和结构特性及其界面与协同作用将加深对结构与功能一体化的co-cu双金属氧化物复合材料的认识，是知识创新的重要源头。

5. 研究计划与进展

（1）2014年10月--2015年1月 完成开题报告及实验各项事宜的准备，初步探索实验方法（实验试剂、仪器准备，实验方法的确定）。

（2）2015年2月--2015年4月 合成实验内容的目标配合物及中期汇报。

（3）2015年5月 完成整理数据、撰写论文。