一种锌铜双金属MOF电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术的一种锌铜双金属MOF电极材料，由以下方法制备而成：将锌铜双金属MOF和多壁碳纳米管(MWCNTs)加入到反应器中，并加入石墨粉和丙酮，超声30

【技术实现步骤摘要】
一种锌铜双金属MOF电极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电极材料
，具体涉及一种锌铜双金属MOF电极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]新能源汽车续航里程的进一步提高对电池的能量密度提出了新的挑战.传统电极材料伴随过渡金属离子氧化/还原反应以及锂离子在晶格内部可逆的嵌入-脱出实现能量的存储和转换，因此主体基质的结构稳定性和化学稳定性限制了嵌脱反应过程中客体的可逆嵌脱量，这些电极材料如LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiNixMnyCozO2一般只允许一个单位Li
+
以及在实际脱嵌过程少于一个单位Li
+
的脱嵌量，放电容量的提高很难突破300mA
·
h
·
g-1
.近年来，迅速发展的一类电极材料例如S、Sn、Si、Fe2O3等负极材料，储锂过程不再拘囿于传统的嵌脱反应和宿主材料结构的限制，通过转换反应或者合金化反应实现了大量锂离子的储存和更高的比容量.但是，这些材料在储锂过程中呈现出较差的电化学可逆性，伴随循环比容量衰减严重、循环寿命不理想.因此，高能量密度、高安全性和长循环寿命锂离子电池的设计给电极材料提出了更高的要求：(1)高可逆储锂量，高比容量；(2)在长期循环过程中材料保持微观结构稳定，可承受一定的应力和体积变化，材料不会发生结构崩塌和严重粉化；(3)具有良好的电子/离子导电性，满足大电流密度下的快充快放性能需求；(4)组成的多孔电极在电解液中浸润良好，提高电极材料参与反应的活性位点占比。/>[0003]针对以上需求，将电极材料制备成具有复杂多孔结构的材料是提高电化学性能和循环寿命的有效手段.与传统制备复杂多孔材料的方法相比，金属有机框架材料(Metal-organic frameworks，MOFs)具有天然的优势，进而在能量存储和转换方面成为研究热点。MOFs具有可调控的孔尺寸、丰富的孔道结构、高比表面积和大量的表面官能团等特点，但是MOFs直接用作电极材料受到电子导电率普遍较低、电解液匹配难度高、在循环过程中结构会分解崩溃等问题的困扰，实际应用面临巨大的挑战。

技术实现思路

[0004]针对现有技术问题，本专利技术的目的在于提供一种锌铜双金属MOF电极材料及其制备方法。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术手段：
[0006]一种锌铜双金属MOF电极材料，由以下方法制备而成：
[0007]将锌铜双金属MOF和多壁碳纳米管(MWCNTs)加入到反应器中，并加入石墨粉和丙酮，超声30-60min，使其混合均匀，后自然蒸干丙酮，再加入适量石蜡油，研磨均匀调成糊状，缓慢压入到内径为3mm、长度为3cm的电极管一端，装填致密后，在其上部填充石墨粉。最后，插入打磨光滑的铜丝作为内电极，即可得到锌铜双金属MOF电极材料。
[0008]其中，按质量比，锌铜双金属MOF：MWCNTs：石墨粉＝1:1:3-5。
[0009]其中，按质量体积比，锌铜双金属MOF：丙酮：石蜡油＝1g:(3-5)mL:(2-3)mL。
[0010]其中，锌铜双金属MOF由以下方法制备：
[0011]步骤一：将2-甲基咪唑溶解在甲醇中，得到2-甲基咪唑甲醇溶液；将Zn(OH)2溶解在氨水中，得到Zn(OH)2氨水溶液；将硫酸铜配制成0.2mol/L的溶液，然后将氨水缓慢滴加到硫酸铜溶液中，直至形成铜氨溶液；
[0012]步骤二：将Zn(OH)2氨水溶液和铜氨溶液缓慢加入到2-甲基咪唑甲醇溶液中，室温搅拌48h，离心分离，用体积比为1:1的H2O/CH3OH混合溶液洗涤3次，80℃过夜干燥，即可得到锌铜双金属MOF。
[0013]其中，按摩尔比，Zn(OH)2:硫酸铜:2-甲基咪唑＝1:1:2；按质量体积比，Zn(OH)2：氨水：甲醇＝1g:(3-5)mL:(5-8)mL。
[0014]本专利技术的有益效果如下：
[0015]本专利技术的一种锌铜双金属MOF电极材料将其应用于超级电容器领域，电化学性能良好。当电流密度为20、30、40、60和80mAcm-2
时，该电极的比容量可以达到7.1、5.2、4.8、4.2、2.8Fcm-2
，最大质量比容量为1385Fg-1
，表现出良好的大倍率性能。在50mAcm-2
电流密度下，6000次循环后能够保持最高容量的98.4％，且库伦效率一直在98％以上，表现出了较高的循环稳定性及优良的库伦效率。本专利技术的制备方法改善并提高了超级电容器电极的性能，有利于其实际推广应用。
附图说明
[0016]图1为实施例1所制的锌铜双金属MOF电极材料的SEM图。
[0017]图2为实施例1所制的锌铜双金属MOF电极材料在不同电流密度下的充放电曲线图；
[0018]图3为实施例1所制的锌铜双金属MOF电极材料的循环性能图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图对本专利技术做详细说明。
[0020]实施例1
[0021]一种锌铜双金属MOF电极材料
[0022]锌铜双金属MOF由以下方法制备：
[0023]步骤一：将8.2g2-甲基咪唑溶解在25mL甲醇中，得到2-甲基咪唑甲醇溶液；将5.0gZn(OH)2溶解在15mL氨水中，得到Zn(OH)2氨水溶液；将8.0g硫酸铜配制成0.2mol/L的溶液，然后将氨水缓慢滴加到硫酸铜溶液中，直至形成铜氨溶液；
[0024]步骤二：将Zn(OH)2氨水溶液和铜氨溶液缓慢加入到2-甲基咪唑甲醇溶液中，室温搅拌48h，离心分离，用体积比为1:1的H2O/CH3OH混合溶液洗涤3次，80℃过夜干燥，即可得到锌铜双金属MOF。
[0025]锌铜双金属MOF电极材料的制备：
[0026]将5g锌铜双金属MOF和5g多壁碳纳米管(MWCNTs)加入到反应器中，并加入15g石墨粉和15mL丙酮，超声30min，使其混合均匀，后自然蒸干丙酮，再加入10mL石蜡油,研磨均匀调成糊状，缓慢压入到内径为3mm、长度为3cm的电极管一端,装填致密后,在其上部填充石墨粉。最后,插入打磨光滑的铜丝作为内电极，即可得到锌铜双金属MOF电极材料。
[0027]实施例2
[0028]一种锌铜双金属MOF电极材料
[0029]锌铜双金属MOF由以下方法制备：
[0030]步骤一：将8.2g2-甲基咪唑溶解在30mL甲醇中，得到2-甲基咪唑甲醇溶液；将5.0gZn(OH)2溶解在18mL氨水中，得到Zn(OH)2氨水溶液；将8.0g硫酸铜配制成0.2mol/L的溶液，然后将氨水缓慢滴加到硫酸铜溶液中，直至形成铜氨溶液；
[0031]步骤二：将Zn(OH)2氨水溶液和铜氨溶液缓慢加入到2-甲基咪唑甲醇溶液中，室温搅拌48h，离心分离，用体积比为1:1的H2O/CH3OH混合溶液液洗涤3次，80℃过夜干燥，即可得到锌铜双金属MOF。
[0032]锌铜双金属MO本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锌铜双金属MOF电极材料，其特征在于，所述锌铜双金属MOF电极材料由以下方法制备而成：将锌铜双金属MOF和多壁碳纳米管(MWCNTs)加入到反应器中，并加入石墨粉和丙酮，超声30-60min，使其混合均匀，后自然蒸干丙酮，再加入适量石蜡油，研磨均匀调成糊状，缓慢压入到内径为3mm、长度为3cm的电极管一端，装填致密后，在其上部填充石墨粉；最后，插入打磨光滑的铜丝作为内电极，即可得到锌铜双金属MOF电极材料。2.根据权利要求1所述的一种锌铜双金属MOF电极材料，其特征在于，按质量比，锌铜双金属MOF:MWCNTs:石墨粉＝1:1:3-5。3.根据权利要求1所述的一种锌铜双金属MOF电极材料，其特征在于，按质量比，按质量体积比，锌铜双金属MOF:丙酮:石蜡油＝1g:(3-5)mL:(2-3)mL。4.根据权利要求1所述的一种锌铜双金属MOF电极材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥伟，
申请(专利权)人：浙江倪阮新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：