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科学研究

Chem.Eur.J.:二茂铁功能化的导电配位聚合物--一类新型超级电容器电极材料(Hot Paper)

发布时间:2020-09-14    来源:化学与材料工程学院    作者:    点击次    [点击关闭]

超级电容器作为继锂离子电池之后又一极具广泛应用潜力的新型储能器件,具有广阔的应用前景和巨大的经济价值。电极材料作为决定超电器件性能的关键材料,是制约该领域进一步发展的关键因素之一。针对传统电极材料存在诸如多孔炭材料能量密度低及功率密度高、贵金属氧化物价格高、导电聚合物稳定性差等不足之处,大力开发新型电极材料已成为超级电容器电极材料领域的研究重点。功能配位聚合物作为一类新型晶态光电功能材料,具有导电性好、比电容高、循环稳定性好、分子结构明确、可设计的特点,是发展新型超级电容器的理想电极材料。

二茂铁(Ferrocene, Fc)作为一种优良的氧化还原电子介体,具有氧化还原体系稳定,复位电势低和电化学可逆等特性。大量研究表明将其修饰于配位聚合物或金属有机框架材料中能够显著改善超级电容器电极材料的性能,但仍需通过配位分子的设计来进一步提高此类电极材料的比电容和能量密度。

近日,温州大学化材学院胡茂林教授和缪谦教授及宁夏大学刘宽冠博士等合作者在研究二茂铁修饰的Cu/Ag簇合物{[(PPh3)2AgO2CFcCO2Ag(PPh3)2]2·7CH3OH (SC1)[(PPh3)3CuO2CFcCO2Cu(PPh3)3]·3CH3OH (SC2)}的分子结构和超电性能的过程中,发现Cu能够促进电子在团簇分子间的转移过程,表现出优于Ag的超电性能。在此基础之上,他们进一步通过分子结构优化设计构筑了一例具有最佳结构的导电配位聚合物{[(PPh3)2CuO2CFcCO2] (PSC1)}并将其作为超级电容器电极材料,不仅表现出优异的导电性能,而且表现出高比电容(在电流密度3 A g-1下的比电容高达455 F g-1),高功率密度(2416 W kg-1)高能量密度(161 Wh kg-1) 以及高循环稳定性(循环4000次电容衰减为原来的93 %)由此可见,相较于二茂铁功能化的孤立簇合物,二茂铁功能化的配位聚合物展现出超高超电性能的原因在于其分子内不仅可提供更多的活性位点,而且可促进电子在其分子结构内的传递。该配位聚合物可被认为是一类具有广阔应用前景的高比能(161 Wh kg-1)超级电容器电极材料(如图1)。相关研究结果将拓展高性能超级电容器的研究领域,激发目标设计的功能配位聚合物的综合利用。

1二茂铁功能化的导电配位聚合PSC1的电化学性能表征

论文信息:

Comparative Study of the Supercapacitive Performance of Three Ferrocene-Based Structures: Targeted Design of a Conductive Ferrocene-Functionalized Coordination Polymer as a Supercapacitor Electrode

文章第一作者为缪谦和Farzaneh Rouhani

Chemistry A European Journal 

DOI: 10.1002/chem.202001109