[發(fā)明專利]一種三維導電MOF@MXene復合電極的原位制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010865111.4
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112053861B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹澥宏;高鑫隆;施文慧;毋芳芳;阮鵬超
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/30;H01G11/24
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發(fā)明涉及復合材料的合成領(lǐng)域，針對MOF的導電性能差的問題，提供一種三維導電MOF@MXene復合電極的原位制備方法，包括以下步驟：在HF溶液中加入MAX相粉末刻蝕5?24 h后，去離子水離心洗滌至上層溶液pH為6?7，真空烘干得多層MXene粉末；均勻分散在去離子水中，加入氯乙酸后室溫攪拌，再加入NaOH溶液，攪拌反應(yīng)1?12 h后離心洗滌，真空干燥得MXene?COOH粉末；分散于去離子水中，依次加入金屬鹽、配體和氨水，50?70℃鼓氣攪拌反應(yīng)，最后離心洗滌、烘干得三維導電MOF@MXene復合粉末。本發(fā)明工藝高效穩(wěn)定、流程簡單，制得的復合粉末能作為超電容電極材料，實現(xiàn)穩(wěn)定高效儲能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復合材料的合成領(lǐng)域，尤其是涉及一種三維導電MOF@MXene復合電極的原位制備方法。

背景技術(shù)

電化學雙電層電容器（EDLCs）具有很高的功率密度和優(yōu)越的循環(huán)性能，近年來成為研究熱點，并在智能電網(wǎng)、電動汽車等應(yīng)用領(lǐng)域頗具前景，甚至躍躍欲試大有要爭奪傳統(tǒng)電池的市場之態(tài)。電容器的活性電極材料以活性炭、碳納米管、多孔石墨烯、金屬氧化物/氫氧化物等為代表，具有孔隙率大、比表面積高等特點，有利于增加活性物質(zhì)和溶液的接觸，提升儲能效率。例如公開號CN103828002A的一篇發(fā)明專利公開了《電化學雙電層電容器》，該電化學雙電層電容器包括正電極和負電極，其中，結(jié)合到正電極中的碳材料是鹵化的碳材料，而結(jié)合到負電極中的碳材料是未鹵化的碳材料。此外，分別結(jié)合到各個電極中的碳材料可以具有不同的孔徑分布。結(jié)合到正電極中的碳材料的孔體積比大于結(jié)合到負電極中的碳材料的孔體積比。孔體積比R定義為R=V₁/V，其中V₁是孔徑小于1nm的孔的總體積，V是孔徑大于1nm的孔的總體積。其中一種高比表面積的材料就是金屬有機框架（MOF），其通過金屬位點或團簇與有機連接物之間的配位相互作用而合成的。有序孔隙率使得MOF比表面積大于7000 m²/g，能夠充分吸附電解質(zhì)離子并暴露活性位點，從而提高材料的電容性能。此外，因其具有大小可調(diào)的孔徑、超高的比表面積、多樣的骨架結(jié)構(gòu)、表面可引入修飾等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于吸附和分離、催化、金屬納米粒子的載體和模板以及微反應(yīng)器等領(lǐng)域。然而，由于MOF的導電性能不好，其在電化學領(lǐng)域的應(yīng)用一直受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服MOF的導電性能不好的問題，提供一種三維導電MOF@MXene復合電極的原位制備方法，其工藝高效穩(wěn)定，工藝流程簡單，有效節(jié)約能源，制得的三維導電MOF@MXene復合粉末能作為超電容電極材料，實現(xiàn)穩(wěn)定高效儲能。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種三維導電MOF@MXene復合電極的原位制備方法，包括以下步驟：

（1）在HF溶液中加入MAX相粉末刻蝕5-24 h后，去離子水離心洗滌至上層溶液pH為6-7，真空烘干得多層MXene粉末；

（2）取步驟（1）制得的多層MXene粉末均勻分散在去離子水中，加入氯乙酸后室溫攪拌，再加入NaOH溶液，攪拌反應(yīng)1-12 h后離心洗滌，真空干燥得MXene-COOH粉末；

（3）將步驟（2）制得的MXene-COOH粉末分散于去離子水中，依次加入金屬鹽、配體和氨水，50-70 ℃鼓氣攪拌反應(yīng)，鼓的氣體為N₂、O₂、Ar、空氣中一種或幾種混合氣，最后離心洗滌、烘干得三維導電MOF@MXene復合粉末。

MXene是一種新型的二維層狀材料，由于其良好的金屬導電性，氧化還原反應(yīng)活性表面等優(yōu)點，被廣泛用作超級電容器的電極材料。特別是，即使MXene表面布滿豐富的官能團，它依然能實現(xiàn)高的電導率和親水性，這使得它適合組裝成各種類異質(zhì)結(jié)復合材料。因此本發(fā)明提出利用MXene自身的特點，將具有優(yōu)異導電性的MXene與導電MOF相結(jié)合，組成高電子和離子導電性的導電網(wǎng)絡(luò)，來實現(xiàn)高效和穩(wěn)定地儲能，制備方法簡單，有利于大規(guī)模生產(chǎn)。