[發明專利]一種層狀雙金屬氫氧化物-聚苯胺修飾的多孔導電復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201911411534.2
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111118908B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 杜淼;胡文軒;宋義虎;鄭強
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: D06M15/61
• 分類號: D06M15/61;D06M11/49;C25D13/08;C23C18/12;C23C28/00;H01G11/24;H01G11/48;H01G11/30;D06M101/40
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種層狀雙金屬氫氧化物?聚苯胺修飾的多孔導電復合材料，所述的多孔導電復合材料以多孔導電材料為基底；基底表面生長一層聚苯胺層，在聚苯胺表面原位生長1～2μm的LDH納米卷。本發明還公開了所述的多孔導電復合材料的制備方法，包括：(1)在硫酸水溶液中加入苯胺作為電解質溶液；以多孔導電材料為工作電極，用電化學方法制得聚苯胺沉積的多孔導電材料；(2)將聚苯胺沉積的多孔導電材料浸入含有二種可溶性金屬鹽的堿水中，進行水熱反應。本發明的制備方法步驟簡便，操作易行且節省時間，成本低廉，得到的多孔導電復合材料具有高比電容、優秀的倍率性能和循環性能。本發明多孔導電復合材料可用于制備儲能器件，比電容高，儲能容量大。

技術領域

本發明涉及新型儲能材料技術領域，具體涉及一種層狀雙金屬氫氧化物-聚苯胺修飾的多孔導電復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

目前人類正面臨環境逐漸惡化、資源不斷消耗的考驗，研究新型的環境友好的儲能器件一直受到廣泛的關注。超級電容器作為一種儲能器件，具有功率密度高，充放電速率快，使用壽命長等特點。要提高電容器的性能，可以通過提高材料比表面積，增加與電解液接觸的活性位點去實現。因此研究者們常采用設計多層級結構、陣列結構、合成一維等特殊形貌的材料等方法。

層狀雙金屬氫氧化物(Layered Double Hydroxides，簡寫為LDH)是一類層間具有可交換陰離子的水滑石類化合物，組成可用如下通式表示：[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂](A^n-)_x/n·mH₂O，其中M²⁺、M³⁺分別是位于主體層板八面體空隙的二價和三價金屬陽離子，A^n-是在堿性溶液中穩定存在的位于層間的陰離子。LDH具有很高的比表面積，且主體層板中的陽離子可以發生可逆的氧化還原反應，因此是一種很好的超級電容器正極材料。但是由于LDH的導電性較差，且晶型和形貌易在循環過程中發生變化，這限制了它的進一步應用。目前報道的研究工作常采用與聚苯胺等導電聚合物復合的方法來提高材料性能。但此類研究較少涉及LDH性能的形貌依賴性。因此，設計合成新型結構的LDH和聚苯胺的復合材料，并將其應用于前沿領域具有挑戰性且是必要的。

關于聚苯胺和層狀雙金屬氫氧化物復合材料的制備，現有研究報道中，劉等人(Hierarchical NiCo₂S₄@PANI core/shell nanowires grown on carbon fiber withenhanced electrochemical performance for hybrid supercapacitors ChemicalEngineering Journal,2017,323,330–339)通過水熱法在碳布表面合成LDH前驅體，硫化得到NiCo₂S₄納米棒，最后在表面電化學沉積一層聚苯胺，制備得到具有一維陣列結構的NiCo₂S₄/PANI復合電極。但此方法在活性物質表面覆蓋聚苯胺，減少了LDH和電解質溶液的接觸面積。

文獻Highly flexible,foldable and stretchable Ni–Co layered doublehydroxide/polyaniline/bacterial cellulose electrodes for high-performanceall-solid-state supercapacitors.Journal of Materials Chemistry A2018,6(34),16617-16626報道了利用氧化還原法在細菌纖維素膜上制備了聚苯胺，然后用水熱法合成了花瓣狀的LDH納米片。細菌纖維素膜不導電，要賦予其導電性，必須采用氧化還原法在其表面沉積大量且較厚的聚苯胺層。此方法耗時較長，基底制備過程較為繁瑣，且LDH無序排列的結構不能解決其倍率性能差、多次循環后變形結塊的問題。

發明內容