MOF衍生金属氧化物/MXenes复合材料的合成与储能性能研究

Electrode materials are the key performance limiting factor for electrochemical energy storage devices. In this project, the applicant focuses on the composites between metal oxides derived from metal organic framework (MOF) and layered transition metal carbides (MXenes). Through methods including precipitation, hydrothermal reactions and alternating filtration, a series of MOFs/MXenes composites with novel nanostructures can be obtained, through further treatment, MOF derived metal oxides (MOFs-MOs)/MXenes composites can be obtained. The effect of synthetic procedures on the composition and structure of the composites will be systematically studied. Also will be studied include the electron conducting mechanism between the different constituents, as well as the relationship between the structure and electrochemical properties of the composite materials. The obtained materials will be explored for their applications in supercapacitors and lithium ion batteries. The key issues involved in the synthesis, characterization and property development of the MOFs-MOs/MXenes materials will be tackled. This project is expected to provide further insight into developing novel electrode materials with high performance for electrochemical energy storage devices.

电极材料是影响电化学储能设备性能的重要因素。本项目从三维多孔结构的金属有机框架（MOFs）材料和层状过渡金属碳（氮）化物（MXenes）出发，拟通过共沉淀、水热合成、交替抽滤等手段将MXenes与MOFs复合，再经过后处理开发出一系列MOFs-MOs/MXenes复合材料，研究制备方法对复合材料组分、结构的影响，并深入研究复合材料中各组分之间电子传输机制，以及复合材料的结构与电化学性能之间的构效关系，并探索其在超级电容器以及锂离子电池等方面的应用，致力于解决MOFs-MOs/MXenes复合材料的合成、表征和性能开发中所面临的关键科学问题。此项目的开展将为开发高性能电极材料提供理论指导，从而推动电化学储能器件的发展。

有效的能量存储是提高能源利用率、应对能源、环保等问题的关键，其中，电化学储能原理简单，适用范围广，已经成为人们生活中随处可见的主要储能手段。而电极材料是电化学储能设备性能提升的重要因素之一。在本项目资助下，申请人通过多种合成方法开发一系列MXenes基复合材料，并深入研究复合材料中各组分之间电子传输机制，以及复合材料的结构与电化学性能之间的构效关系。由此出发，申请人还进一步拓展了MXene基材料的合成方法和应用领域，在转化法合成高性能电极材料，喷墨打印柔性储能器件，MXene水凝胶合成与应用等方向均取得了一定成果，此项目的开展将为高性能的电极材料的开发提供理论指导，从而推动储能器件的发展。在本项目资助下，申请人作为第一作者（含共同）和通讯作者在Chemical Society Reviews、ACS Nano、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials等期刊上发表论文8篇，其他作者论文6篇，申请PCT专利2项，培养研究生4人，获高等学校科学研究优秀成果一等奖1项。