[發明專利]一種以Co-MOF陣列為前驅體同時制備高性能超級電容器正、負極電極材料的合成方法

在審

• 申請號: 202210242207.4
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114664572A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 肖振宇;卜冉冉;周鳳鳴;遲錦耀;王磊
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/30
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 孟琦

一種以Co?MOF陣列為前驅體同時制備高性能超級電容器正、負極電極材料的合成方法，首先將摩爾比為1:(3?9)的Ni(NO₃)₂·6H₂O和2?MI分別溶于水中，將1*1cm的泡沫鎳(NF)或泡沫鐵鎳(FNF)垂直浸入，得到Co?MOF@NF和Co?MOF@FNF。然后將Co?MOF@NF浸泡到含76mg Ni(NO₃)₂的乙醇溶液，制備CN?LDH，再浸入含1～12mmol L^?1的NaVO₃水溶液中靜置，得到CNV；將Co?MOF@FNF浸泡到1～6mg mL^?1Fe(NO₃)₃·9H₂O水溶液，得到CF?LDH，再將上述陣列浸入含有1～12mmol L^?1的NaVO₃水溶液中靜置，得到CFV。將CNV或者CFV浸入含有2.5mg mL^?1～10mg mL^?1的TAA溶液中，在160℃下反應12h，得到目標產物CNVS?x或CFVS(x＝TAA溶液濃度/2.5)。本發明提供的基于同一種Co?MOF前驅體構筑兩種三金屬硫化物復合材料的制備策略，提高了電子轉移速率，增強超級電容器的能量密度。

技術領域

本發明屬于功能性納米復合材料技術領域，具體來說，是一種以Co-金屬有機框架材料為前驅體同時制備兩種三金屬硫化物復合材料的合成方法及其電化學儲能應用。

背景技術

超級電容器是一種廣泛應用于混合動力汽車、智能電網和柔性電子器件的電化學儲能裝置，因其功率密度高、壽命長、環境友好、安全性好而受到越來越多的關注。雖然超級電容器具有超高的功率密度，可以在數秒內完成一個完整的充放電循環，但是超級電容器能量密度的表現確實差強人意，一般低于30Wh kg^-1，限制了其進一步的推廣和大規模應用。電極材料是超級電容器的核心，因此如何設計高性能的超級電容器正、負電極，制備混合超級電容器件是提高超級電容器件能量密度的有效策略。

金屬有機骨架(Metal-organic frameworks,MOFs)，是一種由有機配體和無機離子或團簇通過配位鍵構成的多孔三維網絡材料，因其具有組成、形貌和結構的多樣性、高比表面積、豐富可調節的孔結構、高分散的金屬中心等優勢，因此被認為是制備了超級電容器電極材料的理想前驅體。近年來，利用配位鍵的可逆性，基于離子交換或液體蝕刻策略，制備MOFs衍生電極材料引起了無數研究者的關注。在MOFs刻蝕過程中,有機配體將會被無機離子和小分子取代以形成自由配位陰離子，無機陰離子和釋放的有機配體會在材料內部遷入遷出，這為離子遷移提供了更多的通道，從而實現優異的超級電容器性能。由于MOFs刻蝕過程是一種熱力學自發進行的離子交換過程，因此在較低的反應溫度就可以完成，使得離子交換方法具有更可控、更簡便、更節能的特點，可以作為一種制備高性能正負極電池材料的新途徑。

過渡金屬硫化物(TMSs)，如Co₉S₈、Ni₃S₂和FeS₂等，因其具有快速的氧化還原活性、高容量存儲和循環穩定性，是一類理想的贗電容/電池型電極材料。據報道，TMSs摻雜高價元素，如Mo、W、V等元素，不僅能夠產生大量的缺陷位點，提供更多的電活性中心，而且會形成異質結構，提供豐富的通道和孔隙結構，有利于離子的快速擴散和提高氧化還原動力學。因此，設計和調控TMSs的高價元素摻雜，優化產物結構、形態和組成，是構筑高性能電極材料有效策略。

發明內容