[發明專利]定點轉化策略設計合成NiX

有效

• 申請號: 202210086409.4
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114381009B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 魯敏;蘇紀豪;趙華敏;張海奪;劉玉春
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;C01G53/00;B82Y40/00;B82Y30/00;H01G11/30;H01G11/86
• 代理公司: 西安匯恩知識產權代理事務所(普通合伙) 61244
• 代理人: 張偉花

本發明提出了一種定點轉化策略設計合成Nisubgt;X/subgt;Cosubgt;1?X/subgt;?MOF@LDH的方法。該方法為：先采用鎳源、鈷源、聚乙烯吡咯烷酮、均苯三甲酸和溶劑等進行水熱反應，經離心干燥得到Nisubgt;X/subgt;Cosubgt;1?X/subgt;?MOF粉末，然后將Nisubgt;X/subgt;Cosubgt;1?X/subgt;?MOF粉末與鈷源，2?甲基咪唑、甲醇等攪拌混合均勻進行陳化反應，離心分離干燥得到Nisubgt;X/subgt;Cosubgt;1?X/subgt;?MOF@ZIF?67粉末，再將Nisubgt;X/subgt;Cosubgt;1?X/subgt;?MOF@ZIF?67粉末與鎳源、無水乙醇攪拌反應，離心干燥后得到Nisubgt;X/subgt;Cosubgt;1?X/subgt;?MOF@LDH粉末。本發明具有比電容高，倍率性能和循環穩定性好等優異的電化學性能，能廣泛應用于超級電容器正極材料中。

技術領域

本發明屬于超級電容器電極正極材料技術領域，具體涉及一種定點轉化策略設計合成Ni_XCo_1-X-MOF@LDH的方法。

背景技術

煤、石油和天然氣等化石燃料是全球的主要能源，但其過度使用導致了能源危機和環境污染等問題。太陽能、風能和潮汐能等可再生能源的開發是節能減排的重要舉措，但是需要間歇性地將其轉化為電能儲存起來，以保障高效、持續、穩定的能源供應。超級電容器作為目前最具應用前景的新型儲能器件之一，與傳統電容器及鋰離子電池相比具有清潔環保、功率密度高、循環穩定性好、使用壽命長等優點。然而，超級電容器的低能量密度限制了其進一步的應用，提高能量密度的關鍵是提高電極材料的比電容，其中改善超級電容器的性能最主要的手段就是開發和研究新型的、電化學性能良好的電極材料。

新興材料MOF具有孔道豐富、結構可調、比表面積大，含有豐富的贗電容性氧化還原金屬中心等優點，同時MOF材料易轉化為金屬氧化物、金屬氫氧化物和金屬硫族化物等金屬化合物，使其成為很有前途的超級電容器電極材料之一。但MOF材料具有空間位阻大、比電容低和導電性差等缺點，與此同時空心球MOF在很大程度上能夠增大與電解液的接觸面積，同時也能改善電解液中離子的擴散速率，使電化學性能得到提升。常見的空心球MOF包括，Ni-MOF、Co-MOF和Cu-MOF等，而在合成過程中引入第二金屬離子可以合成雙金屬MOF。其中雙金屬MOF的在不改變空心球結構的前提下，其性質可以通過改變金屬離子的比例來調控，由于雙金屬的協同效應，使其具有更卓越的電容性能。與此同時形態調控對提升MOF材料超級電容器的電化學性能同樣重要，但受限于去離子水、無水乙醇和DMF等各個溶劑之間具有的不同粘度、飽和蒸汽壓和極性的影響。采用水熱法制備雙金屬MOF時，會在一定程度上影響產物晶體的擴散速率、飽和程度、成核狀態和生長情況，且產物雙金屬MOF的質量不穩定。

MOF材料轉化而成的金屬化合物材料中，層狀雙金屬氫氧化物(LDH)?具有特殊的層狀結構，較高的比表面積，并且活性離子的改變不會影響其特有的結構。同時，LDH中多種金屬離子的價態躍遷較為頻繁，提高了金屬離子氧化還原能力?，F階段MOF材料形成LDH的方法主要有兩種：一是將MOF進行堿化處理，主要針對羧酸類配體，通過調節pH值生成堿沉淀，從而得到LDH，但在堿性條件下MOF結構會遭到一定程度的破壞，失去其孔隙度和形態，；二是利用金屬離子水解蝕刻的策略，主要針對咪唑類配體，從而得到具有優異電容特性的LDH，這種方法pH值變化微小，可以保留未轉化的MOF的形貌和特性。其中ZIF-67可以通過金屬離子水解條件來制備LDH材料，然而由于其機械穩定性較差，加上充放電引起的劇烈體積變化，使得該類LDH材料的倍率性能和循環穩定性無法滿足實際應用的要求。與此同時MOF衍生的LDH很容易堆疊在一起，難以剝離成超薄納米片，導致電化學性能較差。

因此，要完全開發基于LDH電極納米材料的潛力，可以通過晶體外延生長和定點轉化策略的手段在分子水平上精確調控LDH相對位置，開發LDH的潛在應用價值。因而提出一種定點轉化策略設計合成?Ni_XCo_1-X-MOF@LDH的方法。

發明內容