石墨化的多孔碳包覆的过渡金属氧化物复合材料的构筑及其超级电容特性研究

In regard to the low graphitization degree of traditional porous carbon materials and poor conductivity and stability of transition metal oxides, this project aims to design graphitized porous carbon coated transition metal oxide composites for high performance supercapacitor. The transition metals (such as Co, Ni, W, Cu) will be enlisted to catalyze the carbonization process of porous carbon precursors (such as ZIF, polymer), which can improve the degree of graphitization of porous carbon materials. At the same time, the obtained materials will be oxidized to obtain high graphitization degree, high surface area, and good conductivity nanocomposites, which will be utilized for the supercapacitor electrode materials. According to the selected material, the influence of metal ion species, the degree of graphitization of carbon materials, the composite structure and morphology on the performance of the supercapacitor will be explored systematically. Furthermore, the interaction between the graphitized porous carbon and transition metal oxides will be investigated by theoretical calculation simulation. The implementation of this proposal will provide theoretical basis and technical reference for the development of new supercapacitor materials.

针对超级电容器研究中常见的多孔碳材料石墨化程度低、过渡金属氧化物材料导电性和稳定性差等问题，本项目拟开展石墨化的多孔碳包覆的过渡金属氧化物复合材料的构筑及其超级电容特性的研究。采用过渡金属（如Co、Ni，W、Cu等）对多孔碳材料前驱体（如ZIF，高分子聚合物等）的碳化过程进行催化，提高多孔碳材料的石墨化程度，同时对得到的材料进行后氧化处理，以期得到石墨化程度高、比表面积大、导电性好的多孔碳包覆的过渡金属氧化物复合材料，用于超级电容器的研究。针对优选的材料，系统研究金属离子的类别、碳材料的石墨化程度、复合材料的结构形貌对其超级电容特性的影响规律，并从理论计算的角度探索石墨化的多孔碳与过渡金属氧化物之间的相互作用，为开发新型的超级电容器材料提供理论依据和技术参考。

本项目开展了石墨化的多孔碳包覆的过渡金属化合物复合材料的构筑及其超级电容特性的研究。采用过渡金属Co、Ni等对多孔碳材料前驱体（如ZIF，高分子聚合物等）的碳化过程进行催化，提高了多孔碳材料的石墨化程度，同时对得到的材料进行后处理，得到了石墨化程度高、比表面积大、导电性好的多孔碳包覆的过渡金属氧化物、硫化物复合材料，并用于超级电容器的研究。系统研究了金属离子的类别、碳材料的石墨化程度、复合材料的结构形貌对其超级电容特性的影响规律，并从理论计算的角度探索了石墨化的多孔碳与过渡金属氧化物之间的相互作用。本项目的顺利实施将为开发新型的超级电容器材料提供理论依据和技术参考。