[發明專利]一種金屬有機框架衍生鈷鎳硼硫化物材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201811356150.0
• 申請日: 2018-11-15
• 公開（公告）號: CN109559902B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 夏寶玉;黃寧軍;雷金海;王曉俊;沈筱一
• 申請（專利權）人: 江蘇鑫美龍新能源科技有限公司
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/24;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 周青;許春光

本發明公開了一種金屬有機框架衍生鈷鎳硼硫化物材料及其制備方法與應用，針對性超級電容器應用對該金屬有機框架衍生鈷鎳硼硫化物材料的制備進行重新設計，并具體通過對制備方法的整體流程工藝設計、各個步驟所采用的參數條件進行選擇和優化，通過對鈷鎳硼硫化物材料的具體組成及微觀形貌進行優化控制，相應能夠獲得電化學性能大幅提高的鈷鎳硼硫化物電極材料。

技術領域

本發明屬于新能源材料與電化學能量轉換器件領域，更具體地，涉及一種金屬有機框架衍生鈷鎳硼硫化物材料及其制備方法與應用，該金屬有機框架衍生鈷鎳硼硫化物材料是電極材料，可作為超級電容器應用。

背景技術

目前，超級電容器由于高功率密度、快速再充電能力和優異的循環壽命等優勢而備受關注。探索具有高電容，無毒性的新型低成本超級電容器電極材料已成為當前研究的熱門話題。作為常見的電極材料之一，過渡金屬硫化物因其富氧化還原反應和良好的導電性而被廣泛研究。特別是，一些雙金屬硫化物，如FeCo₂S₄， Zn-Co-S和Co₂NiS₄，由于其多重硫化狀態和低電負性，作為電極材料具有可逆的法拉第反應和優異的導電性。并且它們通常比單組分硫化物具有更豐富的氧化還原活性位點，從而進一步提高電化學性能。其中，Co-Ni雙金屬硫化物由于其優異的電子傳導性，廉價性和熱穩定性等特點，被認為是最有希望的氧化還原電極材料。

金屬有機框架(Metal-Organic Framework，MOFs)是一類由金屬離子或金屬簇和有機配體組成的無機-有機雜化晶體材料，具有各種各樣的晶體結構和形貌，同時具有高表面積和高孔隙率等優點。MOFs作為前驅體或模板劑，可以通過簡單的熱處理，轉化為碳、金屬氧化物/氫氧化物、金屬硫化物及其復合材料，不僅可以獲得大的比表面積，還可保持其原始形貌及孔洞特性。Han等人在泡沫鎳上制備了分級的鎳-鈷硫化物納米片陣列，不僅保留了MOFs本身的形貌，而且在0.5A g^-1下具有1406.9F g^-1的高比電容[Han Q et al.,Dalton Trans,2018,47,3496-3502]。具有特定納米片形態的MOFs具有較大的表面積和表面上高密度的活性位點。目前大部分電極材料會通過各種模板法來達到增大材料比表面積以增大與電解液的接觸而增強其電容儲存，勢必造成制備的浪費。

獨特的3D分層結構，其大的表面積有利于表面的電化學反應，還可以有效促進快速離子傳輸，從而提高比容量。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種金屬有機框架衍生鈷鎳硼硫化物材料及其制備方法與應用，本發明針對性超級電容器應用對該金屬有機框架衍生鈷鎳硼硫化物材料的制備進行重新設計，具體通過對制備方法的整體流程工藝設計、各個步驟所采用的參數條件(如反應物的物料比等) 進行改進和進一步優選，可對鈷鎳硼硫化物材料的具體組成及微觀形貌進行進一步優化控制，相應能夠獲得電化學性能大幅提高的鈷鎳硼硫化物電極材料，與現有技術相比能夠有效解決目前商業電極材料在價格上的劣勢及比容量、穩定性等電化學特性不理想的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種金屬有機框架衍生鈷鎳硼硫化物材料，該材料是以金屬有機框架化合物為前驅體，再依次通過硼化及硫化處理后制備得到的鈷鎳硼硫化物材料，即Co-Ni MOF-B-S。

優選的，該鈷鎳硼硫化物材料具有均勻納米片形貌。

本發明的另一個方面，提供了一種金屬有機框架衍生鈷鎳硼硫化物材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將可溶鈷鹽和可溶鎳鹽按一定摩爾比，在劇烈的磁力攪拌下溶解在有機溶劑中，得到溶液Ⅰ；同時，將有機配體溶解在有機溶劑中，得到溶液Ⅱ；接著將兩者混合，攪拌均勻后，將混合溶液轉移到不銹鋼反應釜中，進行溶劑熱反應，反應結束后干燥，得到鈷鎳金屬有機框架，即Co-Ni MOF；