[發明專利]一種鎳基金屬有機框架衍生氮磷氧共摻雜鎳/碳的復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110066371.X
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112885614B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 孫志鵬;余錦超;史曉艷
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/26;H01G11/34;H01G11/30;H01G11/86;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 彭玉婷

本發明屬于超級電容器材料領域，公開了一種鎳基金屬有機框架衍生氮磷氧共摻雜鎳/碳的復合材料及其制備方法和應用。該復合材料是將六氯環三磷腈和對羥基苯甲酸乙酯溶于四氫呋喃，在無水無氧條件下70～90℃回流，旋蒸烘干后得到配體前驅體；將配體前驅體加入到堿性溶液和四氫呋喃的混合溶液中在70～90℃回流，旋蒸去掉四氫呋喃后得到溶液A；然后將溶液A滴加至稀酸中得到沉淀，烘干后得到配體；再將乙酸鎳和配體加入到有機溶劑中并在室溫下攪拌得到溶液B；經離心、沖洗，真空干燥后，保護氣氛下在450～750℃煅燒制得。本發明復合材料具有納米顆粒結構，比表面積大，解決含鎳電極導電率差，循環性能差等現象，方法簡單且條件溫和。

技術領域

本發明屬于超級電容器材料技術領域，更具體地，涉及一種鎳基金屬有機框架衍生氮磷氧共摻雜鎳/碳的復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

超級電容器是一種新型儲能裝置，它具有功率密度高、充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節約能源和綠色環保等特點，因此用途廣泛。過渡金屬氧化物優異的電化學性能使其成為高性能贗電容電極材料的理想選擇。其中，氧化鎳基材料優異的電化學穩定性和較高的理論比電容，加之其低毒、低成本和豐富的資源等優點被視為非常具有前景的電極材料。然而由于導電性較差，使其在電化學能量儲存材料方面的應用受到了限制。通常使用碳/金屬氧化鎳復合材料來改善其導電性差的問題。此外雜原子摻雜碳材料能有效提高其電化學性能，激發贗電容器的行為，提高其電容性能，還可以增強碳材料的潤濕性，增強電解質溶液的浸潤。常用的摻雜元素有氮、磷和氧，多為材料在制備過程中經過額外步驟引入聚合物、生物質材料進行非原位摻雜，而多雜原子共摻雜材料很難實現原位共摻雜，需要對不同雜原子進行逐步摻雜，制備過程繁瑣，材料損耗大。

因此，通過在室溫下合成顆粒狀鎳基金屬有機框架材料，經過一步簡單的煅燒，材料可以很容易的轉化為碳/金屬氧化物復合材料。在熱分解過程中，金屬離子和有機連接物可以分別轉化為金屬或金屬氧化物和碳材料，配體中所含有的雜原子也可以自摻雜到衍生材料中。基于這一概念，通過將金屬有機框架材料直接碳化，制備出電化學性能優異的氮、磷、氧共摻雜的鎳/碳的復合電極材料。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的不足和缺點，本發明目的在于提供一種鎳基金屬有機框架衍生氮磷氧共摻雜鎳/碳的復合材料。該鎳基金屬有機框架衍生氮、磷、氧共摻雜鎳/碳的復合材料具有相互連接的納米顆粒結構，比表面積較大，能夠有效地提高離子的傳輸速率。

本發明的另一目的在于提供上述鎳基金屬有機框架衍生氮磷氧共摻雜鎳/碳的復合材料的制備方法。

本發明的再一目的在于提供上述鎳基金屬有機框架衍生氮磷氧共摻雜鎳/碳的復合材料的應用。

本發明的目的通過下述技術方案來實現：

一種鎳基金屬有機框架衍生氮磷氧共摻雜鎳/碳的復合材料，所述復合材料是將六氯環三磷腈和對羥基苯甲酸乙酯溶于四氫呋喃，在無水無氧條件下 70～90℃回流，旋蒸烘干后得到配體前驅體；將配體前驅體加入到堿性溶液和四氫呋喃的混合溶液中在70～90℃回流，旋蒸去掉四氫呋喃后得到溶液A；然后將溶液A滴加至稀酸中得到沉淀，烘干后得到配體；再將乙酸鎳和配體加入到有機溶劑中并在室溫下攪拌得到溶液B；經離心、沖洗，真空干燥后，保護氣氛下在 450～750℃煅燒制得。

優選地，所述六氯環三磷腈、對羥基苯甲酸乙酯和四氫呋喃的摩爾比為 1:6:(13～15)。

優選地，所述配體前驅體、堿性溶液和四氫呋喃的摩爾比為 1:10:(281～300)。

優選地，所述堿性溶液為氫氧化鈉或/和氫氧化鉀；所述稀酸為稀鹽酸或/ 和稀硫酸。

更為優選地，所述稀酸的濃度為1～1.5mol/L。

優選地，所述乙酸鎳、配體和有機溶劑的摩爾比為1:0.34:(423～453)；所述有機溶劑為N，N-二甲基甲酰胺或二甲基亞砜。