一种多级孔道磷酸盐材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种多级孔道磷酸盐材料及其制备方法和应用，属于超级电容器技术领域。本发明专利技术以乙醇和乙二醇作为有机溶剂，并通过调控反应温度和时间，从而有效的保持了球状前驱体独特的配位骨架结构，再与磷酸盐溶液混合，其中，磷酸盐为刻蚀剂，通过调控反应温度和时间，磷酸根离子会将球状前驱体中体积较大的有机配体全部置换掉，最终制备出活性比表面积显著增强的多级孔道磷酸盐材料。实验结果表明，本发明专利技术制备得到的多级孔道磷酸盐材料的比表面积为64～160m2g

【技术实现步骤摘要】
一种多级孔道磷酸盐材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及超级电容器
，尤其涉及一种多级孔道磷酸盐材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着电动汽车和便携式电子设备的快速发展，人们对移动端电能存储设备的性能和需求量提出了更高的要求。因此，如何低成本的制备高性能且高安全的电能存储器件以满足移动端设备的发展需求，成为研究的热点。在众多电化学储能器件中，水系锌离子超级电容器，因具绿色、安全、低成本、高充放电速率、长使用寿命等优势，吸引了国内外研究者的广泛关注。而超级电容器的正极材料是决定其性能的关键因素。因此如何设计高比表面的电极材料，以提供充足的电化学反应活性中心，丰富的电解液离子扩散通道和高体积储能密度，是研究的重点及难点。
[0003]目前，超级电容器的正极材料主要为过渡金属磷酸盐化合物，由于具有高的比表面积和丰富的微孔孔道，可以为电化学反应提供充足的活性中心和离子迁移路径，然而，实际应用中发现过渡金属磷酸盐的循环稳定性和倍率性能相对较差，这主要是因为其微孔孔道限制了电解质离子的扩散速度。因此，如何制备一种超高比表面积，孔结构丰富的磷酸盐材料成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种多级孔道磷酸盐材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的制备方法制备得到的多级孔道磷酸盐材料具备丰富的介孔结构以及超高的比表面积。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种多级孔道磷酸盐材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)将金属盐与有机配体以及有机溶剂混合，进行第一溶剂热反应，得到球状前驱体；所述金属盐为钴盐和/或镍盐；所述有机溶剂包括乙醇和乙二醇；所述第一溶剂热反应的温度为120～150℃，第一溶剂热反应的时间为12～48h；
[0008](2)将所述步骤(1)得到的球状前驱体与溶剂和磷酸盐溶液混合，进行第二溶剂热反应，得到多级孔道磷酸盐材料；所述第二溶剂热反应的温度为70～190℃，第二溶剂热反应的时间为12～24h。
[0009]优选地，所述步骤(1)中的钴盐包括硝酸钴，镍盐包括硝酸镍。
[0010]优选地，所述步骤(1)中有机配体包括均苯三酸。
[0011]优选地，所述步骤(1)中金属盐与有机配体的质量比为(2～4)：1。
[0012]优选地，所述步骤(1)中金属盐为钴盐和镍盐；所述钴盐中的钴离子与镍盐中的镍离子的摩尔比为1：9～9：1。
[0013]优选地，所述步骤(1)中第一溶剂热反应的温度为130～150℃，第一溶剂热反应的时间为20～48h。
[0014]优选地，所述步骤(2)中磷酸盐包括Na3PO4、Na2HPO4和NaH2PO4中的至少一种。
[0015]优选地，所述步骤(2)中第二溶剂热反应的温度为110～150℃，第二溶剂热反应的时间为12～20h。
[0016]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的多级孔道磷酸盐材料。
[0017]本专利技术还提供了上述技术方案所述多级孔道磷酸盐材料在锌离子电容器中的应用。
[0018]本专利技术提供了一种多级孔道磷酸盐材料的制备方法，包括如下步骤：将金属盐与有机配体以及有机溶剂混合，进行第一溶剂热反应，得到球状前驱体；所述金属盐为钴盐和/或镍盐；所述有机溶剂包括乙醇和乙二醇；所述第一溶剂热反应的温度为120～150℃，第一溶剂热反应的时间为12～48h将所述球状前驱体与溶剂和磷酸盐溶液混合，进行第二溶剂热反应，得到多级孔道磷酸盐材料；所述第二溶剂热反应的温度为70～190℃，第二溶剂热反应的时间为12～24h。本专利技术以乙醇和乙二醇作为有机溶剂，并通过调控反应温度和时间，从而有效的保持了球状前驱体独特的配位骨架结构，再与磷酸盐溶液混合，其中，磷酸盐为刻蚀剂，在磷酸盐刻蚀过程中，通过调控反应温度和时间，磷酸根离子会将球状前驱体中体积较大的有机配体全部置换掉，最终制备出活性比表面积显著增强的多级孔道磷酸盐材料，为电化学过程中电解质溶液的嵌入和脱出提供了通道，为电化学反应提供更多活性位点。实验结果表明，本专利技术提供的制备方法制备得到的多级孔道磷酸盐材料的比表面积为64～160m2g
‑1，以此为正极材料制备的锌离子软包电容器在1Ag
‑1的电流密度下的比容量达到1016.2～1601.4F g
‑1。
附图说明
[0019]图1为实施例1中的球状Co4/Ni6‑
BTC MOFs前驱体的扫描电镜图；
[0020]图2为实施例1中的球状Co4/Ni6‑
BTC MOFs前驱体的粉末X
‑
射线衍射图；
[0021]图3为实施例1制备得到的Co4/Ni6(OH)
x
(PO4)
y
‑
150的粉末X
‑
射线衍射图；
[0022]图4为实施例1制备得到的Co4/Ni6(OH)
x
(PO4)
y
‑
150的扫描电镜图；
[0023]图5为实施例1制备得到的Co4/Ni6(OH)
x
(PO4)
y
‑
150的透射电镜图；
[0024]图6为实施例1制备得到的Co4/Ni6(OH)
x
(PO4)
y
‑
150在不同扫速下的恒流充放电曲线图；
[0025]图7为实施例1制备得到的Co4/Ni6(OH)
x
(PO4)
y
‑
150在三电极体系中的循环稳定性测试曲线；
[0026]图8为实施例2制备得到的Co4/Ni6(OH)
x
(PO4)
y
‑
70在不同扫速下的恒流充放电曲线图；
[0027]图9为实施例3制备得到的Co4/Ni6(OH)
x
(PO4)
y
‑
110在不同扫速下的恒流充放电曲线图；
[0028]图10为实施例4制备得到的Co4/Ni6(OH)
x
(PO4)
y
‑
190在不同扫速下的恒流充放电曲线图；
[0029]图11为对比例1制备得到的Co4/Ni6(OH)
x
(PO4)
y
‑
25在不同扫速下的恒流充放电曲线图；
[0030]图12为应用例1制备得到的锌离子电容器点亮温度计
‑
时间表的图；
[0031]图13为应用例1制备得到的锌离子电容器弯曲180
°
点亮温度计
‑
时间表的图；
[0032]图14为两个应用例1制备得到的锌离子电容器串联点亮LED电子屏的图。
具体实施方式
[0033]本专利技术提供了一种多级孔道磷酸盐材料的制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级孔道磷酸盐材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将金属盐与有机配体以及有机溶剂混合，进行第一溶剂热反应，得到球状前驱体；所述金属盐为钴盐和/或镍盐；所述有机溶剂包括乙醇和乙二醇；所述第一溶剂热反应的温度为120～150℃，第一溶剂热反应的时间为12～48h；(2)将所述步骤(1)得到的球状前驱体与溶剂和磷酸盐溶液混合，进行第二溶剂热反应，得到多级孔道磷酸盐材料；所述第二溶剂热反应的温度为70～190℃，第二溶剂热反应的时间为12～24h。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的钴盐包括硝酸钴，镍盐包括硝酸镍。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中有机配体包括均苯三酸。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中金属盐与有机配体的质...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖振宇，张家鑫，杜云梅，杨姝，王磊，冯守华，
申请(专利权)人：前沿纳微科学研究院青岛有限责任公司，
类型：发明
国别省市：