一种以Co-MOF为牺牲模板制备NiCo水滑石/泡沫镍复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种以Co

【技术实现步骤摘要】
一种以Co
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MOF为牺牲模板制备NiCo水滑石/泡沫镍复合材料的方法


[0001]本专利技术属于超级电容器电极材料制备
，具体涉及一种Co
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MOF为牺牲模板制备NiCo水滑石/泡沫镍复合材料的方法，在泡沫镍上原位生长钴基金属有机骨架化合物，再以钴基金属有机骨架化合物为牺牲模板制备NiCo水滑石/泡沫镍复合电极材料。

技术介绍

[0002]超级电容器作为一种很有发展前景的储能设备，因其功率密度高、充电速度快、循环稳定性好而受到广泛关注，与比电池相比，不仅有更高的功率，而且拥有比传统电容器更多的存储容量。水滑石是一种层状双氢氧化物(LDH)，具有开放式的层状结构，较高的比表面积，大量活性位点，离子扩散路径短等特性，作为超级电容器的电极材料，能够同时发挥双电层与伪电容两种储能作用，使其作为超级电容器正电极活性材料具有广阔的应用前景。然而LDH存在易团聚以及导电性差的缺点，限制了离子和电子的传输，导致电化学性能不理想、稳定性较差。
[0003]值得注意的是，以金属有机骨架(MOF)为牺牲模板，可改善上述问题。金属有机骨架(MOF)由具有良好多孔结构的金属离子和有机配体构成，具有多孔性、高比表面积、可控拓扑结构与形态以及多功能性等优点，而且MOF骨架节点上的金属离子可作为氧化还原反应中心，为电极反应提供反应位点。以金属有机骨架作为牺牲模板，可以制备具有高比表面积、高性能的水滑石复合材料，制备的水滑石复合材料能够保持MOF前驱体的空心结构，表面由许多纳米片堆积而成，并延续MOF的性能优势。这些结构特征有利于离子进入电极表面，有效地缩短了离子的扩散路径并降低了离子传输的阻力，从而提高材料的电化学性能。但是，大多数已报道的MOF模板制备的水滑石复合材料(及其衍生物)常为粉末形式，易发生团聚情况，且需要粘结剂将活性物质粘附到电极上，比电容和倍率性能受到显著影响。通过在泡沫镍上直接制备复合材料的方式，所得到的复合材料可直接作为超级电容器的电极材料，不需要后续的加工，避免了粘结剂的使用。无粘结剂复合电极不仅提高了电导率，而且暴露了大量的活性中心，便于快速的电荷传递和质量转移。与粉末状电极材料相比，选择在泡沫镍集流体上生长复合材料电极有着显著优势：泡沫镍导电性好，促进电子传输；电化学活性面积大可以促进电极材料进行氧化还原反应；骨架结构有利于电解质渗透，加快反应速度。这种制备超级电容电极材料的方法具有广泛的应用前景。

技术实现思路

[0004]为了解决水滑石复合材料粉末形式易团聚，导电性差，使用粘结剂制备电极显著影响降低活性材料电容性能等问题，本专利技术的目的在于提供了一种以Co
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MOF为牺牲模板制备NiCo水滑石/泡沫镍复合材料的方法，该方法可以继承MOF和水滑石结构和性能优势，解决水滑石导电性差等问题，具有广泛的应用前景。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案来实现：一种以Co
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MOF为牺牲
模板制备NiCo水滑石/泡沫镍复合材料的方法，包括以下步骤：
[0006](1)泡沫镍预处理：将泡沫镍剪裁为面积为2cm2～4cm2的矩形泡沫镍，首先将剪裁好的泡沫镍放在丙酮溶液中超声处理1～5min，然后用0.2～5M HCl超声处理1～10min，最后用无水乙醇超声处理5～10min，在50～90℃烘箱内干燥8～15小时；
[0007](2)配置混合溶液：将2～5mmol硝酸钴溶于20～100ml去离子水中，以50～800rpm的转速进行磁力搅拌3～20min；将6mmol～70mmol 2
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甲基咪唑溶于20～100ml去离子水中，以50～800rpm的转速进行磁力搅拌3～20min；将2
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甲基咪唑溶液倒入硝酸钴溶液中，形成混合溶液，将混合溶液以50～800rpm的转速进行磁力搅拌5～15min；混合溶液中的硝酸钴与2
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甲基咪唑溶液的摩尔比为1:3～1:14；
[0008](3)在泡沫镍上生长Co
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MOF：将预处理过的泡沫镍放置在步骤(2)的混合溶液中，将混合溶液在15～65℃的温度下，静置或以不大于500rpm的转速下搅拌2～18小时；
[0009](4)烘干处理：将步骤(3)中生长Co
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MOF的泡沫镍用去离子水重复清洗处理，并在50～90℃烘箱中干燥8～15小时，得到产物Co
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MOF/泡沫镍；
[0010](5)配置硝酸镍溶液：将0.5～5mmol硝酸镍溶于20～100ml去离子水中，以50～800rpm的转速进行磁力搅拌3～20min；
[0011](6)制备NiCo水滑石/泡沫镍：将步骤(4)中的产物Co
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MOF/泡沫镍放置在步骤(5)中的硝酸镍溶液，15～65℃的温度下，静置或以不大于500rpm的转速下搅拌，进行反应1～15小时；
[0012](7)烘干处理：将步骤(6)得到的产物用100～500ml去离子水清洗，在50～90℃的烘箱中干燥8～15小时，得到产物NiCo水滑石/泡沫镍复合材料。
[0013]由上，本专利技术的原理是在泡沫镍表面生成均匀致密生长的Co
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MOF纳米片，纳米片表面相对光滑，分布均匀，大小一致，然后在硝酸镍溶液中进行刻蚀过程，形成中空结构，Co离子与外部的Ni离子共沉淀形成均匀致密NiCo水滑石纳米片，提高复合材料的比表面积，有利于离子扩散的，提高复合材料的电化学性能。
[0014]作为本专利技术的进一步特征：经过步骤(1)～(7)所得的NiCo水滑石/泡沫镍复合材料可以作为正极，活性炭作为负极组成混合电容器。其中正极只需将NiCo水滑石/泡沫镍复合材料裁切为面积10*10mm方形，不需要其他处理。活性炭负极采用涂覆方法制备。将活性炭、粘结剂聚四氟乙烯、导电剂乙炔黑按照质量比8:1:1加入少许乙醇调制成糊状浆料，涂敷于泡沫镍集流体上，涂敷面积为10*10mm。采用三电极法测试出的正极总电量和活性炭比电容，通过正极总电量除以活性炭比电容得到与正极匹配的活性炭质量。按照该质量涂敷出的活性炭负极与正极组装成混合电容器件，并测量混合电容器的能量密度和功率密度。
[0015]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下技术优势：
[0016](1)本专利技术所公开的一种以Co
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MOF为牺牲模板制备NiCo水滑石/泡沫镍复合材料的方法，具有简单、易操作的优点，且制备的复合材料具有较高的电化学性能。
[0017](2)本专利技术方法获得的NiCo水滑石/泡沫镍复合材料在泡沫镍表面垂直生长，以Co
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MOF/泡沫镍为前驱体，获得更大的比表面积，增加电化学活性位点，有利于电解质与活性物质接触，同时泡沫镍基体能够提高复合材料的电导率，制得的NiCo水滑石/泡沫镍复合材料用于超级电容器电极材料，有更高的电化学性能和循环稳定性能。
附图说明
[0018本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以Co
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MOF为牺牲模板制备NiCo水滑石/泡沫镍复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)泡沫镍预处理：将泡沫镍剪裁为面积为2cm2～4cm2的矩形泡沫镍，首先将剪裁好的泡沫镍放在丙酮溶液中超声处理1～5min，然后用0.2～5MHCl超声处理1～10min，最后用无水乙醇超声处理5～10min，在50～90℃烘箱内干燥8～15小时；(2)配置混合溶液：将2～5mmol硝酸钴溶于20～100ml去离子水中，以50～800rpm的转速进行磁力搅拌3～20min；将6mmol～70mmol 2
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甲基咪唑溶于20～100ml去离子水中，以50～800rpm的转速进行磁力搅拌3～20min；将2
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甲基咪唑溶液倒入硝酸钴溶液中，形成混合溶液，将混合溶液以50～800rpm的转速进行磁力搅拌5～15min；(3)在泡沫镍上生长Co
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MOF...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓亮，张多，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：