基于芳香羧酸配位聚合物的多孔纳米材料的控制固相合成与超电容性能研究

研制和开发新的超级电容器电极材料对解决能源短缺具有重要的科学意义和实用价值。配位聚合物作为一种新型的功能材料正备受青睐。本项目拟在前期采用过渡金属-有机羧酸配合物制备纳/微米材料研究的基础上，针对如何采用配位聚合物来构筑多孔纳米材料的问题，以过渡金属（Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn）-芳香羧酸配位聚合物为研究对象，采用控制固相热分解的方法，研究如何采用芳香羧酸配位聚合物来合成"金属氧化物"、"碳"和"碳-金属氧化物"三类多孔纳米材料的方法，分析反应条件（加热温度、反应时间和升温速率）和前体的组成及结构对产物微结构和超电容性能的影响。项目预期将揭示配位聚合物制备多孔材料的规律和机理，建立由配位聚合物构筑多孔纳米材料的新方法。本项目不仅为制备新型的超级电容器电极材料提供一条崭新的途径，也可促进化学、材料和能源等学科的交叉融合，有着重要的学术意义。

配位聚合物，作为一种新型无机-有机杂化的功能材料以其独特的结构、大的比表面积和孔径以及在吸附、分离、催化和能量存储等方面的应用，引起人们的广泛关注。虽然在设计合成配合物和配位聚合物方面取得了重大的进展，但尺寸和形貌控制合成均一的配位聚合物微/纳米晶体仍是一个巨大的挑战。在三年的实验过程中，我们从乙酸和乙二酸开始，先研究其形成的配合物和配位聚合物，通过控制反应条件成功实现了金属-乙酸簇合物和金属-乙二酸配位聚合物大量制备及其原位固相热分解，并研究了产物的磁性、光催化性能和超电容性能。在大量实验研究的基础上，首次成功制备出均一的薄片纳米结构的钴-草酸配位聚合物（CQU-Chen-OA-Co-1-1），该薄片由三维纳米片组装的二维片状结构，电化学测试表明该薄片具有高的比电容（702.75 F/g at 1 A/g）和优异的循环寿命（94.3% of the capacitance after 1000 cycling）。在J. Mater. Chem. A、Mater. Lett.和J. Alloys Compd. 上发表SCI论文5篇，参加中国化学会第28届年会，提交2篇会议论文摘要（由配位聚合物构筑无机多孔纳米材料及其性能研究和基于配位聚合物的多孔纳米碳材料的制备及其电化学性能研究）；参加第七届全国配位化学会议，提交2篇会议论文摘要（由金属有机框架化合物（MOFs）构筑纳米多孔金属氧化物及其电化学性能研究和由铁系金属-羧酸配位聚合物构筑多孔纳米材料及其超电容性能研究）。在基金的支持下，三年内招生研究生4名；指导国家大学生科研训练计划2项（No. 1110611045和201310611042），结题成绩为“良”和“优”；指导重庆大学大学生科研训练计划项目2项（No. CQU-SRTP-2011728和2012559），结题成绩全部为重庆大学“优秀项目一等奖”。指导的第七届国家大学生创新训练项目（No. 201310611042）代表重庆大学参加第七届全国大学生创新创业年会（教育部和科技部联合主办，西安交通大学承办，2014年10月17-19日），提交的论文入选参会学术论文，并获得大会“优秀论文”奖（此奖项共10项，从394所高校的672篇候选论文中，经过初评、复评，遴选出90篇参会学术论文，再经现场答辩、年会专家教授评审最终评出）。