碘离子掺杂改性Fe-MOF块状电极材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种碘离子掺杂改性Fe

【技术实现步骤摘要】
碘离子掺杂改性Fe
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MOF块状电极材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于金属有机框架材料
，具体涉及一种使用碘离子掺杂改性的Fe
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MOF块状电极材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着现代社会对能源结构的多元化追求和传统化石燃料的有限性及其带来的温室效应和环保问题，使得清洁新能源成为研究热门。清洁能源（如风能、太阳能和潮汐能）的储能对于可持续能源利用和消耗具有重要意义。在这方面，电化学超级电容器已成为最有前途的候选者之一，尤其对于大规模储能基础设施，电化学超级电容器具有快速充放电能力 、高安全性和长寿命等优点。电化学超级电容器要用到电极材料，但是传统的双电层(EDL)电极材料是通过表面控制的离子吸附/解吸机制存储电荷，无法克服能量密度低的问题。为此，人们致力于探索具有表面法拉第氧化还原活性的赝电容材料如Fe
‑
MOF金属有机框架材料与氧化还原电解质相结合的策略。传统的Fe
‑
MOF材料使用共沉淀法，在氧化还原电解质中能量密度有限，反应速率慢，电化学反应过程中出现副产物导致库伦效率低，电容器损坏，影响了其在碘离子超级电容器中的应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于针对现有技术中的制备方法制备的Fe
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MOF材料在氧化还原电解质中能量密度有限、反应速率慢、电化学反应过程中出现副产物导致库伦效率低等问题，而提供一种碘离子掺杂改性Fe
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MOF块状电极材料的制备方法。
[0004]本专利技术的另一目的是提供上述制备方法制备得到碘离子掺杂改性Fe
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MOF块状电极材料。
[0005]本专利技术还有一目的是提供上述制备方法制备得到碘离子掺杂改性Fe
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MOF块状电极材料在碘离子超级电容器中的应用。
[0006]为解决本专利技术的技术问题采用如下技术方案：一种碘离子掺杂改性Fe
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MOF块状电极材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将铁盐溶解在去离子水中生成0.1 mol/L 的A溶液，将亚铁氰化钾溶解在去离子水中生成0.1 mol/L 的B溶液，在B溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮PVP模板剂、硫酸、柠檬酸三钠后与A溶液混合，其中A溶液中铁盐与B溶液中亚铁氰化钾摩尔比0.75:0.75
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2；室温搅拌后加入到水热釜中水热反应，水热反应温度为60
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120℃，反应时间为12
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48 h；水热反应结束后收集反应所得产物，用乙醇和去离子水混合液离心清洗，最终得到蓝色产物Fe
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MOF块状电极材料；（2）将步骤（1）中的Fe
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MOF电极材料研磨后放入等离子刻蚀机中处理5
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20 min，然后在真空度为0.01
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40帕通氢气条件下，在0.1 mol/L
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5 mol/L的碘化钾溶液中热处理，其中碘化钾与Fe
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MOF电极材料之间的摩尔比为10:1，热处理温度为60
‑
120℃，热处理时间为12
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48 h，结束后冷却、分离、洗涤，得到碘离子掺杂改性后的Fe
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MOF块状电极材料。
[0007]所述步骤（1）中铁盐选自硫酸铁、氯化铁、醋酸铁、硝酸铁中的一种。
[0008]所述步骤（1）中聚乙烯吡咯烷酮PVP模板剂的相对分子质量为10000
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1300000。
[0009]所述步骤（1）中在B溶液加入聚乙烯吡咯烷酮PVP模板剂、硫酸、柠檬酸三钠时，其中硫酸按照B溶液体积的1%加入，柠檬酸三钠的摩尔浓度为0.01mol/L，聚乙烯吡咯烷酮PVP模板剂与柠檬酸三钠的摩尔比为1∶1。
[0010]所述步骤（1）中室温搅拌时间为5
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60分钟。
[0011]所述步骤（2）中研磨时间为5
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80分钟。
[0012]所述步骤（2）中通入氢气流量为0.1
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10 sccm。
[0013]上述制备方法得到碘离子掺杂改性Fe
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MOF块状电极材料。
[0014]上述碘离子掺杂改性Fe
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MOF块状电极材料在碘离子超级电容器的应用。具体方法如下：将所述碘离子掺杂改性Fe
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MOF块状电极材料∶NMP∶乙炔黑按照质量比为8∶1∶1进行充分研磨，按照每4平方厘米1.5
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2mg均匀刮涂在碳布上，在60
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80℃烘箱烘干12h
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48h。
[0015]对本专利技术制得碘离子掺杂改性Fe
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MOF块状电极材料与未使用碘离子掺杂改性原始Fe
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MOF材料电化学性能进行测试，具体如下：使用 CHI660E 测量循环伏安法 (CV)、线性扫描伏安法 (LSV)、恒电流充放电 (GCD) 测量。使用 MULTI AUTOLAB M204 进行 100 kHz 至 10 mHz 的电化学阻抗谱 (EIS)。
[0016]如图6所示，改性前后两种材料在5mmol/L KI+0.1mol/L H2SO4+1mol/L Na2SO4电解液中的CV曲线图，图中显示碘离子掺杂改性Fe
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MOF块状电极材料的面积是未使用碘离子掺杂改性原始Fe
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MOF材料的两倍。
[0017]如图7所示，改性前后两种材料在5mmol/L KI+0.1mol/L H2SO4+1mol/L Na2SO4电解液中的GCD曲线图，碘离子掺杂改性Fe
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MOF块状电极材料的面积是未使用碘离子掺杂改性原始Fe
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MOF材料的两倍。
[0018]如图8所示，为改性前后两种材料在5mmol/L KI+0.1mol/L H2
S
O4+1mol/L Na2SO4电解液中的塔菲尔斜率图，碘离子掺杂改性Fe
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MOF块状电极材料的面积是未使用碘离子掺杂改性原始Fe
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MOF材料的四倍。
[0019]如图9所示，为改性前后两种材料在5mmol/L KI+0.1mol/L H2SO4+1mol/L Na2SO4电解液中的库伦效率图，碘离子掺杂改性Fe
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MOF块状电极材料的库伦效率接近100%且稳定，可以长时间使用而不会损坏电极，而未使用碘离子掺杂改性原始Fe
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MOF材料的库伦效率有不足80%的，只有少数达到100%，而且不如掺杂改性Fe
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MOF的稳定。
[0020]本专利技术的合成方法简单，成本低廉，所用溶剂为水对环境友好，绿色环保，适合大规模生产。本专利技术制备得到的碘离子掺杂改性Fe
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MOF块状电极材料可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碘离子掺杂改性Fe
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MOF块状电极材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤（1）将铁盐溶解在去离子水中生成0.1 mol/L 的A溶液，将亚铁氰化钾溶解在去离子水中生成0.1 mol/L 的B溶液，在B溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮PVP模板剂、硫酸、柠檬酸三钠后与A溶液混合，其中A溶液中铁盐与B溶液中亚铁氰化钾摩尔比0.75:0.75
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2；室温搅拌后加入到水热釜中水热反应，水热反应温度为60
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120℃，反应时间为12
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48 h；水热反应结束后收集反应所得产物，用乙醇和去离子水混合液离心清洗，最终得到蓝色产物Fe
‑
MOF块状电极材料；步骤（2）将步骤（1）中的Fe
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MOF电极材料研磨后放入等离子刻蚀机中处理5
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20 min，然后在真空度为0.01
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40帕通氢气条件下，在0.1 mol/L
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5 mol/L的碘化钾溶液中热处理，其中碘化钾与Fe
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MOF电极材料之间的摩尔比为10:1，热处理温度为60
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120℃，热处理时间为12
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48 h，结束后冷却、分离、洗涤，得到碘离子掺杂改性后的Fe
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MOF块状电极材料。2.根据权利要求1所述的碘离子掺杂改性Fe
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MOF块状电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中铁盐选自硫酸铁、氯化铁、醋酸铁、硝酸铁中的一种。3.根据权利要求1或2所述的碘离子掺杂改性Fe
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MOF块状电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中聚乙烯吡咯烷酮PVP模板剂的相对分...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢二庆，高文政，程思拓，傅杰财，冒立海，吴正昆，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：