[發明專利]一種金屬有機骨架衍生的四氧化三鈷復合碳材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110892387.6
• 申請日: 2021-08-04
• 公開（公告）號: CN113611547B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 李佐習;曾康鈺
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/32
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 崔瑞迎

本發明涉及超級電容器電極材料的制備技術領域，具體涉及一種金屬有機骨架衍生的四氧化三鈷復合碳材料及其制備方法和應用。本發明先將1,4?雙(咪唑?1?基)苯和Co(NOsubgt;3/subgt;)subgt;2/subgt;·6Hsubgt;2/subgt;O采用溶劑擴散法或混合沉淀法，制得CP?3?ZX材料；再將CP?3?ZX材料采用煅燒熱解法制得金屬有機骨架衍生的四氧化三鈷復合碳材料，并將金屬有機骨架衍生的四氧化三鈷復合碳材料應用于超級電容器的正極材料中。本申請利用由有機配體和含金屬節點組裝而成的多價配位框架，利用方便的溶劑擴散法開發了的配位聚合物材料；此外，通過適當控制煅燒條件來控制材料的碳含量，進一步得到的活性電極材料來控制電容。

技術領域

本發明涉及超級電容器電極材料的制備技術領域，具體涉及一種金屬有機骨架衍生的四氧化三鈷復合碳材料及其制備方法和應用。

背景技術

為了解決能源和環境危機，開發高效的能源存儲設備變得越來越重要。超級電容器作為儲能系統中最有前途的替代品之一，因其高功率密度、長期穩定性和快速充放電能力而被認為是最大的綠色器件。超級電容器的儲能基于兩個原理：電雙層電容(ElectricalDouble?Layer?Capacitance)和贗電容(Pseudocapacitive)，雖然碳基雙層電容器可以獲得高的功率密度和良好的循環穩定性，但由于碳材料的比電容有限，其能量密度較低。相比之下，贗電容材料，如過渡金屬氧化物和氫氧化物，如RuO₂、MnO₂、Ni(OH)₂、NiO、Co(OH)₂、Co₃O₄和碳化物等可以提供較高的比電容。然而，大多數贗電容材料遭受較差的倍率性能和較低的電導率，提高超級電容器性能的常用方法是使用贗容性材料和碳復合材料作為電極。

多氧化態過渡金屬氧化物，具有高理論電容和高化學活性，被廣泛用作贗容性材料。在眾多過渡金屬氧化物候選者中，Co₃O₄因其超高的理論電容(3560F?g^-1)和優良的電化學性能而被稱為贗電容器的理想電極材料，然而Co₃O₄在充放電過程中，由于其導電性較差，且在電解液中存在腐蝕，導致其電容保留率和可逆性較差，限制了其在超級電容器中的應用，解決這個問題的一種方法是找到有效的載體，如各種碳材料，以均勻分散Co₃O₄納米顆粒。

因此，采用合適的前驅體和合成方法來合成碳與金屬復合材料已成為當務之急；作為一種前驅體，金屬有機骨架(MOFs)又稱配位聚合物(CPs)，是由金屬離子和有機配體之間的配位鍵組成的有序晶體固體，值得關注。在熱處理過程中，金屬中心轉化為高活性金屬氧化物電極材料，有機配體含量高，提供了豐富的碳源，提高了電極材料的結構完整性，并且提高了電極材料的電導率。然而，如何獲得獨特的空間結構和優異性能的金屬氧化物仍然是一個巨大的挑戰。

發明內容

針對上述存在的技術不足，本發明提供了一種金屬有機骨架衍生的四氧化三鈷復合碳材料及其制備方法和應用，本申請利用由有機配體和含金屬節點組裝而成的多價配位框架，利用方便的溶劑擴散法開發了的配位聚合物材料；此外，還通過控制煅燒條件來控制材料的碳含量，進一步得到的活性電極材料來控制電容。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種金屬有機骨架衍生的四氧化三鈷復合碳材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將1,4-雙(咪唑-1-基)苯和Co(NO₃)₂·6H₂O采用溶劑擴散法或混合沉淀法，制備CP-3-ZX材料；

(2)四氧化三鈷復合碳材料的制備：