碳量子点-硫化钴复合材料在超级电容器中的应用研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着天然气、石油等不可再生资源的迅速消耗及大量温室气体的排放，新型可再生能源的开发刻不容缓，目前研究的热点能源有地热能、太阳能、风能等，其中能源的储存与转化问题是重点。超级电容器因其具有能量密度大、充放电速率快、对环境友好等优势受到了研究者们的广泛关注。根据电荷储存机理的不同，大致可分为双电层电容器和赝电容器两类。其中，赝电容器通过与电解质之间发生氧化还原反应储能，具有很高的比电容，发展前景可观。

电极材料的选择是影响赝电容器的关键因素之一。过渡金属硫合物是一种理想的电极材料，具有很高的电导率及结构稳定性，储能机理是材料表面与电解液离子发生法拉第反应，只有多价态的金属元素才能实现这种氧化还原反应，从而在储能过程中表现出优异的电化学性能。因此，硫化钴被认为是一种极具潜力的储能电极材料，受到广泛关注，但是其在超级电容器中的应用仍存在局限性，如：比电容有限、电容衰减快等。目前提高超级电容器的电化学性能常用的办法是将硫化钴与其他材料复合。例如chen等人^[1]在cos₂中添加rgo,其在1 a/g电流密度下的比电容为635.8 f/g，远高于纯cos₂。

目前存在一种极具潜力的硫化钴制备方法，原理是将金属有机骨架(mofs)材料中的zif-67作为自牺牲前驱体，再通过硫化合成。mofs是一种由金属离子和多齿有机配体通过配位键构成的三维多孔结构，zif-67是配位金属为钴的mofs材料，这类材料具有结构多样，易于功能化修饰等优点，在催化、药物运输等领域已经实现了广泛应用。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

(1) 采用操作简便、产率高的一步水热法制备出cds

(2) 制备zif-67，通过硫化得到硫化钴材料

3. 研究的方法与步骤

一、材料的合成

1、cds的制备

取1.561 g一水合柠檬酸于30 ml蒸馏水中，磁力搅拌30 min，随后转移至反应釜，在200℃下反应6 h，得到浅黄色溶液。

4. 参考文献

[1] 周文涛, 赵一, 朱佳. 用于超级电容器的硫化钴/石墨烯气凝胶复合材料的研究[j]. 能源化工, 2020, 41(1):1-5.

[2] 王辉辉, 郭俊娥, 高子昂. 绣球荚蒾状硫化钴@富氮炭的设计与构建及超级电容性能[j]. 复合材料学报, 2022, 40:1-11.

[3] ji z, li n, xie m, et al. high-performance hybrid supercapacitor realized by nitrogen-doped carbon dots modified cobalt sulfide and reduced graphene oxide[j]. electrochimica acta, 2020, 334: 135632.

5. 计划与进度安排

1 (第一周) 接受任务，查阅文献，完成开题报告、完成英文文献翻译、为论文实验做准备

2（第三－十三周） 毕业论文实验

3（第十四-十五周） 撰写毕业论文、毕业论文答辩