基于MOFs前驱体绿色可控制备纳米金属（氢）氧化物及其超级电容器性能

Energy crisis and environment pollution have seriously restricted the development of society. Therefore, the pursuit of sustainable and renewable energy storage and conversion technologies is the priority at the present time. Supercapacitors are believed to be one of the ideal solutions to the problems. This project focuses on the fabrication of porous metal hydroxide/metal oxide with high supercapacitor performance through a green method based on metal-organic frameworks. In this project, we plan to apply alkaline hydrolysis---calcination strategy to solve the ligand loss during the direct calcination method in the previous reports, which will significantly decrease the synthetic cost. Through this method, ultrathin nano metal hydroxide/metal oxide will be constructed and the relationship between the structure of secondary building units (SBUs) in the MOFs and the structure and properties of the resultant metal hydroxide/metal oxide will be further studied to reveal the effect of SBUs in the MOFs on the morphology and structure. The application of these materials on supercapacitors will be further studied in order to lay a solid foundation for the application of crystalline materials. We expect to publish 15 SCI papers including at least 8 papers with the IF > 4.0.

能源危机和环境污染已经严重的制约当前人类社会的发展，寻找化石能源的替代品迫在眉睫。超级电容器被认为是解决上述问题的有效方法之一。该项目拟以提高电极材料的性能为目的，以金属-有机框架物(MOFs)为前驱体，通过绿色合成方法，构筑具有优异超电存储性能的多孔金属氢氧化物/氧化物。该项目中，拟采取MOF材料的碱解—煅烧分步合成方法，解决MOF材料直接煅烧制备纳米金属氧化物所带来的配体损失的问题，并且降低合成成本。通过该方法制备具有超薄结构的纳米金属氧化物材料，研究MOF材料中次级构筑单元的结构与制备的金属氢氧化物/氧化物结构和性能的关系，揭示次级构筑单元对形成的纳米金属氢氧化物/氧化物形貌与结构的影响，重点研究所形成金属氢氧化物/氧化物在超级电容器方面的应用，为功能导向晶态材料的应用打下坚实的基础。预期发表15篇以上SCI收录的文章，影响因子大于4.0的8篇以上。

超级电容器具有高倍率性能及长循环寿命的优势，但其能量密度较低，亟需开发高性能电极材料提升器件能量密度。本项目基于不同金属-有机框架为模板，构筑和制备了单一金属或者混合金属（氢）氧化物纳米材料，并实现了对其形貌结构、尺寸大小、结晶性、比表面积、组分含量等的有效调控，实现了对有机配体的循环回收和利用，降低了材料合成成本，并实现了大规模合成。揭示并阐明了金属-有机框架物前驱体的各个结构特征因素对构筑纳米（氢）氧化物材料的电能存储性能的影响关系；通过对纳米材料的有效控制和裁剪，揭示了材料的微纳结构对电能存储性能的影响，实现了电能的高质量密度或者高体积密度存储。探明了这些材料作为超级电容器电极材料的可行性，为将其成功应用于商用电池提供理论依据和实验依据。