功能化多孔碳表面金属有机骨架（MOFs）的原位自组装机理及储能机制研究

Diazonium salt and mixed acid oxidation method are used for the modification of porous carbon (PC). The functional groups with metal coordination effect will be grafted on the PC so that the porous carbon-metal-organic frameworks (PC-MOFs) composite will be constructed via in situ self-assembly process which will be explored and the results will provide research foundation for the in situ growth of MOFs on the other substrates. In order to reveal the energy storage mechanism of the PC-MOFs composite, the problems such as the redox reaction mechanism of the electrochemical active center on the surface, the influence of the pore size distribution and the channel structure on the diffusion and transfer of the electrolyte ions, the synergistic effect between PC and MOFs, are be investigated. This will provide new insights into the development of MOFs-based energy storage materials.

利用重氮盐法和混酸氧化法对多孔碳（PC）进行功能化修饰，接枝具有金属配位功能的官能团，通过原位自组装构筑多孔碳-金属有机骨架（PC-MOFs）复合材料。探讨MOFs在PC表面的原位自组装机理，为MOFs在不同基底材料上的原位生长提供实验基础。通过对表面电化学活性位的氧化还原反应机理、电极材料孔径分布及孔道结构对电解质离子扩散与传质的影响以及PC与MOFs之间协同作用等问题的研究，揭示PC-MOFs复合材料的储能机制，为发展基于MOFs结构的储能材料提供新思路。

本项目主要围绕生物质衍生多孔碳的制备、功能化及其表面阵列结构的构筑、电化学储能性质展开了系统研究，并取得了一定成果。（1）利用高温热解法制备了竹子衍生多孔碳（BC），通过重氮盐法在BC表面接枝了能与CoMOF结构配位的对氨基苯甲酸，制备了BC-CoMOF复合纳米球阵列。电化学结果表明，电解质离子在电极材料材料内部的传输速率主要受扩散动力学控制，BC-CoMOF原位复合材料表现出较好的循环稳定性和倍率性能。（2）通过酸氧化法对稻壳衍生多孔碳（RHC）表面进行功能化修饰，首先在其表面制备了钴锌双金属氢氧化物（LDH）纳米阵列，并进一步衍生制备了双金属有机骨架化合物与RHC复合材料（RHC-CoZnMOF）。电化学测试表明，RHC-CoZnMOF表现出较好的法拉第赝电容特性和较好的循环稳定性，是一种有潜力的超级电容电极材料。（3）在功能化的RHC表面构筑了MoS2纳米花阵列结构，并系统研究了其储锂性能。结果表明，MoS2@RHC复合材料具有较高的比容量、较好的循环稳定性和倍率性能，扩散动力学为锂离子在MoS2@RHC内部传输的控制步骤。本项目研究结果为生物质碳表面纳米阵列的构筑及其电化学性能研究提供了实验依据。