[發(fā)明專利]超級電容器用鎳鈷金屬骨架化合物/石墨烯復(fù)合物及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911210323.2
• 申請日: 2019-12-02
• 公開（公告）號: CN110838414B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊仕軒;張旭;曲寧;范秋雨;雷達(dá)
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/34;H01G11/36;H01G11/86
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種超級電容器用鎳鈷金屬骨架化合物/石墨烯復(fù)合物及制備方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。將氧化石墨烯分散于去離子水中，再加入氯化鈷和尿素，攪拌溶解放入水熱釜中，100～160℃溫度下恒溫反應(yīng)12～48h，取出后用去離子水沖洗至中性，冷凍干燥，得到氫氧化鈷納米線/氧化石墨烯。取氫氧化鈷納米線/氧化石墨烯分散于混合溶液中，隨后加入硝酸鎳和的對苯二甲酸，攪拌溶解放入水熱釜中，在120℃下恒溫反應(yīng)后，用無水乙醇洗滌，干燥得到鎳鈷MOFs/石墨烯復(fù)合物。本發(fā)明制備方法簡單，具有較高的電子遷移率，所復(fù)合的MOFs具有較高的長寬比，作為電極材料具有較高的比電容和倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超級電容器用鎳鈷金屬骨架化合物/石墨烯復(fù)合物的制備方法。

背景技術(shù)

隨著新能源的逐漸應(yīng)用，需要進(jìn)一步開發(fā)高效，清潔的電化學(xué)儲能設(shè)備。在眾多儲能設(shè)備中，超級電容器具有高功率密度、高循環(huán)壽命和高倍率等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。通常，超級電容器可以根據(jù)能量存儲機(jī)制的區(qū)別分為兩個不同的類別，即電化學(xué)雙層電容器和贗電容電容器。其中，贗電容電容器可以通過額外的可逆法拉第過程(氧化還原反應(yīng))存儲能量，可以提供比純電化學(xué)雙層電容器更高的比電容和能量密度。通常用作贗電容材料的有過渡金屬氧化物、氫氧化物或者硫化物等。但是這些金屬復(fù)合材料的比表面積較小，不利于電解液與活性位點(diǎn)的接觸，影響了相應(yīng)的儲能性能。因此，開發(fā)具有高比表面積的贗電容材料顯得尤為重要。金屬-有機(jī)骨架化合物(metal-organic frameworks，MOFs)是由金屬離子或簇與剛性的有機(jī)分子配位形成的具有一定結(jié)構(gòu)的結(jié)晶孔型材料，以其穩(wěn)定且不發(fā)生相變，較高的比表面積以及較大的孔隙率，可以發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)等特點(diǎn)而被廣泛關(guān)注。鎳基或鈷基MOFs已有報(bào)道應(yīng)用于超級電容器中(Journal of Colloid and InterfaceScience,2018,518,57–68)。相比于鎳基或者鈷基的單金屬M(fèi)OFs，鎳鈷雙金屬M(fèi)OFs由于兩種金屬離子的協(xié)同作用展現(xiàn)了更優(yōu)異的儲能性能。如高等人以均苯三甲酸為配體，硝酸鈷和硝酸鎳為金屬源，制備的鎳鈷雙金屬M(fèi)OFs，作為超級電容器正極材料獲得優(yōu)異的電化學(xué)性能(Journal of Colloid and Interface Science,2018,531,83–90)。

然而，目前應(yīng)用于超級電容器中的Ni-MOFs也同時具有導(dǎo)電性能差等缺點(diǎn)，嚴(yán)重阻礙了電子和離子在其內(nèi)部的傳輸，使得材料利用率低，進(jìn)而影響其倍率性能和能量密度。為了解決這一難題，目前較為有效的技術(shù)策略是將MOFs與導(dǎo)電材料，比如多孔炭、碳納米管以及石墨烯等進(jìn)行耦合。這其中，石墨烯以其優(yōu)異的導(dǎo)電性能和二維結(jié)構(gòu)被廣泛的用作導(dǎo)電復(fù)合材料。MOFs/石墨烯的制備方法通常是將金屬前體、有機(jī)配體以及氧化石墨烯在溶液中混合，隨后再在一定的反應(yīng)條件下進(jìn)行生長。這種制備方法所制備出來的MOFs在石墨烯表面通常具有較小的長寬比，這種結(jié)構(gòu)不利于電子在材料表面的定向傳輸，影響了復(fù)合材料性能的進(jìn)一步提提高。因此，如何制備出可以用于超級電容器正極材料的石墨烯復(fù)合有較高長寬比的鎳鈷雙金屬M(fèi)OFs面臨著較大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種應(yīng)用于超級電容器的鎳鈷MOFs/石墨烯復(fù)合物的制備方法，所復(fù)合的MOFs具有較高的長寬比，制備方法簡單可靠，所制備的材料具有良好的電化學(xué)性能。

為了達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種超級電容器用鎳鈷金屬骨架化合物/石墨烯復(fù)合物的制備方法，將氧化石墨烯、氯化鈷和尿素分散于去離子水中，反應(yīng)后得到氫氧化鈷納米線/氧化石墨烯。再將制備得到的氧化石墨烯/氫氧化鈷納米線與硝酸鎳和對苯二甲酸一起分散于混合溶液中，反應(yīng)得到鎳鈷MOFs/石墨烯復(fù)合物。具體步驟如下：

第一步：氫氧化鈷納米線/氧化石墨烯的制備：

將氧化石墨烯(GO)分散于去離子水中，再加入氯化鈷和尿素，攪拌溶解放入水熱釜中，在100～160℃溫度下恒溫反應(yīng)12～48h，取出后用去離子水沖洗至中性，冷凍干燥，得到氫氧化鈷納米線/氧化石墨烯。