用于制备电容器电极的铟掺杂钴-MOF衍生物及生产方法技术

本发明专利技术公开一种用于制备电容器电极的铟掺杂钴

Indium doped cobalt MOF derivatives for preparing capacitor electrodes and their production methods

【技术实现步骤摘要】
用于制备电容器电极的铟掺杂钴
‑
MOF衍生物及生产方法


[0001]本专利技术涉及一种电容器电极材料及生产方法，尤其是一种用于制备电容器电极的铟掺杂钴
‑
MOF衍生物及生产方法。

技术介绍

[0002]优质电容器可以在功率密度和能量密度两方面同时满足储能的需求，而电容器电极材料在很大程度上决定了电容器的性能。相对于传统的碳基和导电聚合物等电极材料，具有孔隙结构的过渡金属（包括二元或多元）氧化物越来越引起科研人员研究的兴趣。
[0003]李国华等人在题为“一种三元金属氧化物纳米结构超级电容器电极的制备方法”中通过水热法制备了三元金属氧化物电极材料。李克智等在题为“泡沫镍负载复合纳米金属氧化物电极材料制备方法”中报道了利用泡沫镍负载锌、钴和镍的氧化物作为电极材料。徐卫星等在题为“活性炭金属氧化物电极材料及其合成工艺”中报道了使用活性炭和钙、锰的氧化做支撑的电极材料。Yu等在Advanced Materials (2013, 25(24): 3302
‑
3306)杂志上发表的Highly ordered MnO
2 nanopillars for enhanced supercapacitor performance，采用电化学沉积法在Ni箔上利用电化学沉积MnO2纳米颗粒，0.5 mg cm
‑2负载量的比电容为355 F g
‑1。Sun等在《钴酸铜电极材料的制备及超级电容器性能研究》采用简单的水热法和溶剂热法合成了束状纳米片CuCo2O4并将其应用在超级电容器上，在1 A g
‑1电流密度时比容量达到300 C g
‑1左右，经过5000次GCD测试（5 A g
‑1电流密度）后的容量维持在初始含量的70%以上。
[0004]MOF结构可控，其多孔隙的结构能够充当充放电反应中的活性位点，离子可以在孔隙中迅速迁移，有利于电化学性能的提升。在MOF结构的基础上经过热处理可以在保留原来骨架结构的基础上，衍生出不同的多孔金属氧化物，能更好的体现金属元素电子的缺陷状态，更加丰富的活性位点实现底物与其活性位点的接触从而提升电化学性能。Zhang等在《MOF基过渡金属氧化物纳米材料的制备与储能特性研究》中人采用溶剂热法来制备有机框架化合物Co3O4材料，通过调节有机配体和表面活性剂的用量，分别制备半球形和花状形态的Co3O4锂离子电池电极材料，在0.5 A g
‑1下的比容量分别达到96.6 F g
‑
1 和103.7F g
‑1，经过1000次充放电后电容保持率分别为96.1%和98.1%。
[0005]然而，迄今为止未见用于制备电容器电极的铟掺杂钴
‑
MOF衍生物及生产方法的相关报道。

技术实现思路

[0006]本专利技术是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种用于制备电容器电极的铟掺杂钴
‑
MOF衍生物及生产方法。
[0007]本专利技术的技术解决方案是：一种用于制备电容器电极的铟掺杂钴
‑
MOF衍生物，在钴
‑
MOF衍生物结构中掺杂有金属铟，所述钴离子与铟离子的摩尔比为70
‑
90：1。
[0008]一种上述的用于制备电容器电极的铟掺杂钴
‑
MOF衍生物的生产方法，按照如下步
骤进行：步骤1. 将钴盐溶解在溶剂中搅拌均匀，加入铟盐继续搅拌均匀得溶液A，所述钴盐与溶剂的用量比为1
‑
10 mmol：40
‑
100 mL，所述溶剂为甲醇与水体积比为1
‑
10：0
‑
9的液体，所述钴离子与铟离子的摩尔比为5
‑
12：1；步骤2. 将咪唑类配体溶于溶剂中至终浓度为0.08
‑
1.60 mol L
‑1，搅拌均匀得溶液B，所述溶剂为甲醇与水体积比为1
‑
10：0
‑
9的液体；步骤3. 快速将溶液A与溶液B按照体积比为1
‑
5：5
‑
1混合，搅拌均匀形成溶液C，密封后室温静置12
‑
24 h；步骤4. 离心分离溶液C并收集沉淀物，用无水乙醇洗涤沉淀物后放入真空干燥箱中干燥，得干燥粉末；步骤5. 将干燥粉末在通入氧气的气氛下250
‑
600℃焙烧2
‑
12 h，得到铟掺杂钴
‑
MOF衍生物。
[0009]优选的用于制备电容器电极的铟掺杂钴
‑
MOF衍生物的生产方法，按照如下步骤进行：步骤1. 将1.6 mmol硝酸钴溶解在80 mL甲醇中搅拌30min，再加入0.25 mmol硝酸铟继续搅拌40min得溶液A；步骤2. 将咪唑类配体溶于80 mL甲醇与水体积比为10：1的液体中至终浓度为1.0 mol L
‑1，搅拌30min得溶液B；步骤3. 将溶液A与溶液B快速混合，搅拌均匀形成溶液C，密封室温静置20 h；步骤4. 离心分离溶液C并收集沉淀物，用无水乙醇洗涤后放入真空干燥箱中80 ℃干燥20 h，得干燥粉末；步骤5. 将干燥粉末在以15 mL min
‑1通入氧气的气氛下400℃焙烧5 h，得到铟掺杂钴
‑
MOF衍生物。
[0010] 本专利技术是将少量的铟掺杂在钴
‑
MOF衍生物晶格中，可以形成半导体异质结构，在异质半导体相邻界面形成空间电荷区，构成二度空间特性，减小内阻使电子的迁移率变大，从而增加电解质的扩散速率，比容量、阻抗、能量密度值等均表现良好，循环稳定性高，为法拉第反应中消耗的电子提供能量，有效地提高单一过渡金属氧化物的电化学性质。电化学测试结果显示，在三电极体系下，以本专利技术电极材料为工作电极组装的电容器在1 A g
‑1下的比容量值为934 C g
‑1，在10 A g
‑1下的比容量为580 C g
‑1，倍率为62.09%；在二电极体系下，以本专利技术电极材料为正极组装的电容器在1 A g
‑1下的比容量达到323 C g
‑1，在6 A g
‑1电流密度下进行2000次恒定电流充放电后比容量保持率可达到75.93%，具有较高的功率密度（804.7W kg
‑1）和能量密度（41.76 W h kg
‑1）。制备方法简单，成本较低。
附图说明
[0011]图1是本专利技术实施例铟掺杂钴
‑
MOF衍生物及组成材料的XRD对比图。
[0012]图2是本专利技术实施例铟掺杂钴
‑
MOF衍生物 的HAADF
‑
STEM图片和相应的EDX
‑
mapping图。
[0013]图3是本专利技术实施例铟掺杂钴
‑
MOF衍生物 的TEM图、SAED图、H本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制备电容器电极的铟掺杂钴
‑
MOF衍生物，其特征在于：在钴
‑
MOF衍生物结构中掺杂有金属铟，所述钴离子与铟离子的摩尔比为70
‑
90：1。2.一种如权利要求1所述的用于制备电容器电极的铟掺杂钴
‑
MOF衍生物的生产方法，其特征在于按照如下步骤进行：步骤1. 将钴盐溶解在溶剂中搅拌均匀，加入铟盐继续搅拌均匀得溶液A，所述钴盐与溶剂的用量比为1
‑
10 mmol：40
‑
100 mL，所述溶剂为甲醇与水体积比为1
‑
10：0
‑
9的液体，所述钴离子与铟离子的摩尔比为5
‑
12：1；步骤2. 将咪唑类配体溶于溶剂中至终浓度为0.08
‑
1.60 mol L
‑1，搅拌均匀得溶液B，所述溶剂为甲醇与水体积比为1
‑
10：0
‑
9的液体；步骤3. 快速将溶液A与溶液B按照体积比为1
‑
5：5
‑
1混合，搅拌均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱江，魏可心，杨子漪，王文文，郑懿馨，才畅，高珊珊，
申请(专利权)人：辽宁师范大学，
类型：发明
国别省市：