[發(fā)明專利]原位生長(zhǎng)在泡沫鎳上的過(guò)渡金屬氧化物與金屬有機(jī)骨架構(gòu)成的核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910013674.8
• 申請(qǐng)日: 2019-01-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109659150A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓正波;曹小漫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遼寧大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/24
• 分類號(hào): H01G11/24;H01G11/30;H01G11/46;H01G11/86
• 代理公司: 沈陽(yáng)杰克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21207
• 代理人: 金春華

本發(fā)明涉及原位生長(zhǎng)在泡沫鎳上的過(guò)渡金屬氧化物與金屬有機(jī)骨架構(gòu)成的核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。制備方法包括：先制備生長(zhǎng)在泡沫鎳上的納米線陣列自組裝的花狀CoO簇，然后制備生長(zhǎng)在泡沫鎳上的核殼結(jié)構(gòu)的ZIF?67@CoO，最后制備生長(zhǎng)在泡沫鎳上的核殼結(jié)構(gòu)的Co/C?N@CoO。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的制備方法產(chǎn)物純度高、分散性好且可控制，工藝步驟簡(jiǎn)單，易于操作。所制得的核殼結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬氧化物與金屬有機(jī)骨架復(fù)合材料生長(zhǎng)在泡沫鎳基底上，可直接作為超級(jí)電容器的電極材料，具有優(yōu)異的電容性能，可應(yīng)用在高穩(wěn)定性，可穿戴電子器件等場(chǎng)合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料學(xué)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是一種原位生長(zhǎng)在泡沫鎳上的納米線陣列構(gòu)成的花狀過(guò)渡金屬氧化物與金屬有機(jī)骨架構(gòu)成的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料及其制備方法和在超級(jí)電容器中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著便攜式電子設(shè)備的不斷發(fā)展，電能存儲(chǔ)與釋放的研究成為當(dāng)今各國(guó)科學(xué)家的研究熱點(diǎn)。便攜式電子器件為了滿足使用者需求，正向輕、小、柔性、可折疊，甚至可穿戴的趨勢(shì)發(fā)展。超級(jí)電容器是由電極，電解液和集流體組成的儲(chǔ)能器件，是性能介于電池和傳統(tǒng)電容器的新型儲(chǔ)能設(shè)備。與傳統(tǒng)電容器相比，其具有高功率密度、充電時(shí)間短、循環(huán)壽命長(zhǎng)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在移動(dòng)通信、便攜式電子設(shè)備、新能源汽車、航空航天以及國(guó)防等領(lǐng)域表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。一直以來(lái)，研究者們致力于制備即具有機(jī)械穩(wěn)健性又具有較大能量密度和功率密度的超級(jí)電容器。基于過(guò)渡金屬氧化物的贗電容電容器，由于理論比電容高、制備成本低和多重氧化態(tài)，是贗電容器最有潛力的材料，但電子傳輸性差等缺點(diǎn)限制了過(guò)渡金屬氧化物的贗電容特性，致使電容性能遠(yuǎn)低于理論值。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有過(guò)渡金屬氧化物存在電子導(dǎo)電性差等一系列的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種具有良好導(dǎo)電性，高的電容量、高的能量密度和功率密度、自支撐、可彎折的柔性超級(jí)電容器及花狀核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合電極材料的制備方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：原位生長(zhǎng)在泡沫鎳上的過(guò)渡金屬氧化物與金屬有機(jī)骨架構(gòu)成的核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，制備方法包括如下步驟：

1)生長(zhǎng)在泡沫鎳上的納米線陣列自組裝的花狀CoO簇的制備：將鈷鹽、尿素和氟化氨加入到去離子水中，攪拌混合均勻得混合液，將泡沫鎳浸漬到混合液中，然后轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯高壓反應(yīng)釜中，密封后放入烘箱中，升溫至100-150℃，反應(yīng)5-15h，緩慢冷卻到室溫，靜置至少1天后，過(guò)濾，洗滌，干燥；所得產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至管式爐中，升溫至300-400℃，煅燒0.5-1.5h，得生長(zhǎng)在泡沫鎳上的CoO。

優(yōu)選的，所述的鈷鹽為硝酸鈷或乙酸鈷。

優(yōu)選的，尿素加入到去離子水中后，終濃度為0.15mol/L。

優(yōu)選的，氟化氨加入到去離子水中后，終濃度為0.1mol/L。

優(yōu)選的，密封后放入烘箱中，升溫至100℃，反應(yīng)10h。

優(yōu)選的，所得產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至管式爐中，升溫至350℃，煅燒1h。

優(yōu)選的，管式爐的升溫速度為4℃ min^-1，降溫速率為5℃ min^-1。

2)生長(zhǎng)在泡沫鎳上的核殼結(jié)構(gòu)的ZIF-67@CoO的制備：將步驟1)所得生長(zhǎng)在泡沫鎳上的CoO置于2-甲基咪唑的乙醇和水的混合溶液中，置于玻璃瓶中密封，室溫靜置反應(yīng)12-72h，洗滌，干燥，得生長(zhǎng)在泡沫鎳上的ZIF-67@CoO；

優(yōu)選的，置于玻璃瓶中密封，室溫靜置反應(yīng)24h。

3)生長(zhǎng)在泡沫鎳上的核殼結(jié)構(gòu)的Co/C-N@CoO的制備：將步驟2)所得生長(zhǎng)在泡沫鎳上的ZIF-67@CoO轉(zhuǎn)移到瓷舟中，放置在管式爐中，惰性氣體保護(hù)下，先升溫至300-400℃，煅燒2-4h，再繼續(xù)升溫至500-600℃，煅燒1-3h，降至室溫，得生長(zhǎng)在泡沫鎳上的Co/C-N@CoO復(fù)合材料。