Nano Energy丨MOFs@纳米纤维素功能化气凝胶储能电极

来源：材料前沿科技

      金属一有机框架材料(MOFs)是近十年来发展迅速的一种配位聚合物，具有三维的孔结构，一般以金属离子为连接点，有机配位体支撑构成空间3D延伸，是沸石和碳纳米管之外的又一类重要的新型多孔材料，在催化、储能和分离中都有广泛应用。它具有高孔隙率、低密度、大比表面积、孔道规则、孔径可调以及拓扑结构多样性和可裁剪性等优点。

       近日，华南理工大学黄建林团队提出了一种基于细菌纤维素（Bacterial cellulose，BC）和ZIF8（MOF材料）原位、绿色复合制备多孔碳气凝胶材料的方法，通过该方法成功实现了三维网络、类蚕茧结构的氮自掺杂多孔碳气凝胶的制备，并用于全固态超级电容器性能的研究。通过对合成过程中ZIF8含量和炭化温度等参数的调控，发现复合材料中ZIF8的含量高达58 wt%,这极大的提升了超级电容器的储电容量。在热处理过程中，ZIF8衍生的碳纳米颗粒作为储能节点，保持了ZIF8原有的微/纳孔结构和完整的形貌。BC转化成高度导电的碳纳米棒，通过储能节点组成了超轻、多孔、三维网络和类蚕茧形貌的新型功能碳气凝胶材料。

图1.自支撑N掺杂多孔碳气凝胶及固态超级电容器的合成示意图

图2.材料的电化学性能测试

图3.   a）BC的SEM （b-c）BC@ZIF8 的SEM （d-f）NCNF-900℃碳化 的SEM

图4.由该电极材料组成的对称超级电容器的电化学性能表征

      研究团队发展了一种低成本，绿色和可持续的方法，合成了分级多孔N自掺杂碳纳米气凝胶，并作为自支撑电极，应用于超级电容器研究。表现出高的比容量，优异的倍率性能，和长的循环稳定性。组装成全固态超级电容器，也表现出优异的电化学性能。此外，该合成方法在实现MOFs材料功能化纳米纤维素，制备多孔碳基材料是普遍适用的。该工作中所开发的分级多孔气凝胶电极和器件的制备方法也可以应用于其他功能纳米材料的合成，具有广泛的应用前景。