[發明專利]應用于超級電容器的PNT@NiCo-LDH復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010532952.3
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111933455A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 臧楊;張航;薛懷國
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/48;H01G11/86;C08G73/06;C08G83/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發明公開了一種應用于超級電容器的PNT@NiCo?LDH復合材料及其制備方法，其步驟為：采用模板法合成聚吡咯納米管(PNT)，再用化學沉積法在PNT表面原位生長ZIF?67，得到PNT@ZIF?67復合材料。再將PNT@ZIF?67作為犧牲模板，以硝酸鎳為刻蝕劑，在甲醇溶液中經過刻蝕、再生的過程得到三維網絡化結構的PNT@NiCo?LDH納米籠復合材料。該材料中一維導電的PNT將NiCo?LDH納米籠顆粒串聯起來，不僅降低了NiCo?LDH納米籠顆粒的自聚集效應，增加了更多的活性位點，也使其結構更加穩定，有助于提高材料在超級電容器應用中的比電容和循環穩定性。

技術領域

本發明涉及一種應用于超級電容器的PNT@NiCo-LDH復合材料及其制備方法，屬于能源材料領域。

背景技術

超級電容器以其高效、環保和成本相對低廉的優勢成為了具有廣闊應用前景的儲能 裝置，并受到越來越多的關注。對于超級電容器而言，電極材料是決定其比電容大小的重要因素之一。過渡金屬鎳、鈷氫氧化物有著很高的理論比電容(2000-3000F g^-1)，是 理想的超級電容器電極材料。ZIF-67是鈷金屬基沸石咪唑金屬有機骨架，其空間結構呈 現為菱形十二面體。以ZIF-67為犧牲模板，硝酸鎳作為刻蝕劑，采用溶劑熱法可以制 備出基本保持菱形十二面體結構的鎳鈷雙金屬氫氧化物(NiCo-LDH)納米籠材料。但 是NiCo-LDH納米籠之間的電子傳遞主要依賴它們之間的物理接觸，因此存在較大的接 觸電阻，不利于電子的傳輸，同時其自身的導電性也較差，因此電化學性能表現不佳。 為了改善NiCo-LDH納米籠材料的導電性和接觸電阻，研究者做了大量的探索。例如， 將碳納米管(CNT)做為“橋梁”，連接分散的ZIF-67顆粒，再以此為前驅體制備出形成 “NiCo-LDH--CNT--NiCo-LDH”導電路徑的復合材料。以上的結構設計方法都使得 NiCo-LDH的比電容性能有了明顯的提高。

現有技術中常采用導電性良好的材料(如碳材料)作為“橋”結構的方法，需要對“橋” 材料做初步處理，來提高前驅體中的ZIF-67在碳納米管上的生長結合力。這明顯增加了操作步驟和合成難度。

發明內容

本發明目的是提供一種應用于超級電容器的PNT@NiCo-LDH復合材料及其制備方法。

實現本發明目的提供技術方案如下：

一種應用于超級電容器的PNT@NiCo-LDH復合材料的制備方法，按如下步驟進行：

(1)超聲條件下，將甲基橙、三氯化鐵和吡咯單體依次加入去離子水中，然后在 低溫下避光攪拌反應一定時間，離心洗滌后取固相烘干得到聚吡咯納米管(PNT)；

(2)超聲條件下，將PNT粉末均勻分散于甲醇溶液中，再加入硝酸鈷，獲得的混 合體系記為分散液A；另取一份甲醇溶液，加入2-甲基咪唑，充分溶解形成溶液B；將 溶液B與分散液A均勻混合，并在室溫下靜止反應一段時間后離心洗滌、干燥后得到 PNT@ZIF-67黑紫色粉末；

(3)將PNT@ZIF-67黑紫色粉末分散于甲醇溶液中，記為分散液C，再取硝酸鎳 溶于另一份甲醇溶液中，記為溶液D；隨后在攪拌條件下將溶液D逐滴加入分散液C 中，攪拌一段時間后轉入聚四氟乙烯反應釜中在烘箱中反應一段時間，冷卻至室溫后經 離心洗滌干燥后得到PNT@NiCo-LDH復合材料。

進一步的，步驟(1)中，依次投入的方式為先溶解甲基橙，再加入三氯化鐵形成 絡合物，隨后加入吡咯單體。

進一步的，步驟(1)中，甲基橙、三氯化鐵和吡咯單體的物質的量濃度之比為1:10:10。

進一步的，步驟(1)中，攪拌時間為2h，低溫下避光反應時間為12h，低溫條件 為0℃。