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【24h】

Controlling the BET Surface Area of Porous Carbon by Using the Cd/C Ratio of a Cd-MOF Precursor and Enhancing the Capacitance by Activation with KOH

机译：通过使用Cd-MOF前体的Cd / C比控制多孔碳的BET表面积并通过用KOH活化来增强电容

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Herein, four new cadmium metal-organic frameworks (Cd-MOFs), [Cd(bib)(bdc)](infinity) (1), [Cd(bbib)(bdc)(H2O)](infinity) (2), [Cd(bibp)(bdc)](infinity) (3), and [Cd-2(bbibp)(2)(bdc)(2)(H2O)](proportional to) (4), have been constructed from the reaction of Cd(NO3)(2)center dot 4H(2)O with 1,4-benzenedicarboxylate (H(2)bdc) and structure-related bis(imidazole) ligands (1,4-bis(imidazol-1-yl)benzene (bib), 1,4-bis(benzoimidazol-1-yl)benzene (bbib), 4,4'-bis(imidazol-1-yl)biphenyl (bibp), and 4,4'-bis(benzoimidazol-1-yl)biphenyl (bbibp)) under solvothermal conditions. Cd-MOF 1 shows a 2D (4,4) lattice with parallel interpenetration, whereas 2 displays an interesting 3D interpenetrating dia network, 3 exhibits an unusual 3D interpenetrating dmp network, and 4 presents a 3D self-catenated pillar-layered framework with a Schafli symbol of [4(3)center dot 6(3)](2)center dot[4(6)center dot 6(16)center dot 8(6)]. The structural diversity indicates that the backbone of the bis(imidazole) ligand (including the terminal group and spacer) plays a crucial role in the assembly of mixed-ligand frameworks. By using the pore-forming effect of cadmium vapor, for the first time we have utilized these Cd-MOFs as precursors to further prepare porous carbon materials (PCs) in a calcination-thermolysis procedure. These PCs show different porous features that correspond to the topological structures of Cd-MOFs. Significantly, it was found that the specific surface area and capacitance of PCs are tuned by the Cd/C ratio of the MOF. Furthermore, the as-synthesized PCs were processed with KOH to obtain activated porous carbon materials (APCs) with higher specific surface area and porosity, which greatly promoted the energy-storage capacity. After full characterization, we found that APC-bib displays the largest specific surface area (1290 m(2)g(-1)) and total pore volume (1.37 cm(3)g(-1)) of this series of carbon materials. Consequently, APC-bib demonstrates the highest specific capacitance of 164 Fg(-1) at a current density of 0.5 Ag-1, and also excellent retention of capacitance (approximate to 89.4% after 5000 cycles at 1 Ag-1). Therefore, APC-bib has great potential as the electrode material in a supercapacitor.
机译：在此，四个新的镉金属有机框架（Cd-MOFs），[Cd（bib）（bdc）]（无穷大）（1），[Cd（bbib）（bdc）（H2O）]（无穷大）（2）， [Cd（bibp）（bdc）] [infinity）（3）和[Cd-2（bbibp）（2）（bdc）（2）（H2O）]（与）成正比（4），是由Cd（NO3）（2）中心点4H（2）O与1,4-苯二甲酸（H（2）bdc）和结构相关的双（咪唑）配体（1,4-双（咪唑-1-基） ）苯（bib），1,4-双（苯并咪唑-1-基）苯（bbib），4,4'-双（咪唑-1-基）联苯（bibp）和4,4'-双（苯并咪唑）溶剂热条件下的-1-基）联苯（bbibp）。 Cd-MOF 1显示了具有平行互穿的2D（4,4）晶格，而2显示了有趣的3D互穿的dia网络，3显示了不寻常的3D互穿的dmp网络，4显示了3D自分类的柱状层框架，其中[4（3）中心点6（3）]（2）中心点[4（6）中心点6（16）中心点8（6）]的Schafli符号。结构多样性表明，双（咪唑）配体的骨架（包括末端基团和间隔基）在混合配体骨架的组装中起关键作用。通过利用镉蒸气的成孔作用，我们首次将这些Cd-MOFs用作前体，以进一步在煅烧-热解过程中制备多孔碳材料（PC）。这些PC显示出与Cd-MOF拓扑结构相对应的不同多孔特征。值得注意的是，发现PC的比表面积和电容受MOF的Cd / C比的影响。此外，将合成后的PC用KOH进行处理，以获得比表面积和孔隙率更高的活性多孔碳材料（APC），大大提高了储能能力。经过全面表征后，我们发现APC-围兜显示出该系列碳材料的最大比表面积（1290 m（2）g（-1））和总孔体积（1.37 cm（3）g（-1）） 。因此，APC-bib在电流密度为0.5 Ag-1时显示出最高的比容为164 Fg（-1），并且还具有出色的电容保持率（在1个Ag-1处经过5000次循环后约为89.4％）。因此，APC-围嘴具有作为超级电容器中的电极材料的巨大潜力。

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