具有多级孔电极复合材料GO-C@M(OH)2及制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种具有多级孔电极复合材料GO

【技术实现步骤摘要】
具有多级孔电极复合材料GO
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C@M(OH)2及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及复合电极材料领域，具体涉及一种具有多级孔电极复合材料GO
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C@M(OH)2及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着化石能源的不断消耗，能源危机和环境污染的日趋严重，世界各国都在寻找能够替代化石能源的清洁、高效和可持续的能源。超级电容器是一种不同于传统电容器和蓄电池的新型储能材料，因其具有高功率密度、低使用风险、快速充放电等特点而在最近几年受到广泛关注。而电极材料是决定超级电容器电化学性能关键因素，因此研究具有更高比电容及电化学性能的电极材料是目前超级电容器研究热点。
[0003]在各种电极材料中，过渡金属氢氧化物由于具有较高的比电容和能量密度，受到研究者的广泛关注，被认为是超级电容器最佳电极材料的候选之一。过渡金属氢氧化物在合成制备时易发生团聚，大部分过渡金属氢氧化物为片状堆积结构，这种堆积结构不利于活性点的暴露，同时单纯金属氢氧化物导电性不好不利于电极电子的传输，这些因素限制了过渡金属氢氧化物在超级电容器电极材料上的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种具有多级孔电极复合材料GO
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C@M(OH)2及制备方法和应用，解决现有技术中过渡金属氢氧化物易团聚、活性点低以及导电性不好的技术问题。
[0005]为达到上述技术目的，本专利技术制备方法的技术方案是：
[0006]包括以下步骤：/>[0007](1)将多孔海绵浸泡在GO溶液中，得到GO修饰多孔海绵，其中多孔海绵与GO的质量比为1:(0.1～1)；
[0008](2)采用水热反应将微孔MOFs生长在GO修饰多孔海绵上，制备出GO
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多孔海绵@MOFs复合材料，再进行碳化得到GO
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C@M材料；其中M为MOFs中的金属离子；
[0009](3)GO
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C@M材料与含硫化合物进行水热反应制备GO
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C@MSO4，GO
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C@MSO4在碱性溶液中浸泡，得到电极复合材料GO
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C@M(OH)2。
[0010]进一步地，海绵为聚氨酯海绵、三聚氰胺海绵、聚苯乙烯海绵、聚乙烯海绵或聚有机硅海绵。
[0011]进一步地，GO溶液的浓度为1～10mg/mL，GO溶液中溶剂为水、乙醇、甲醇及DMF中的一种或多种任意比例的混合物。
[0012]进一步地，步骤(2)中，MOFs的原料包括金属源和咪唑类配体，其中GO修饰多孔海绵和金属源的质量比为1：(1～5)：咪唑类配体和金属源的摩尔比在5以上。
[0013]进一步地，步骤(2)水热反应中，金属源的浓度为0.05～0.2g/mL；金属源包括硝酸铜、硝酸锌或硝酸钴。
[0014]进一步地，步骤(2)水热反应是在50～100℃水热反应12～24小时；碳化是在500～800℃碳化2～5小时。
[0015]进一步地，步骤(3)中，含硫化合物为硫代乙酰胺，水热反应中，GO
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C@M、硫代乙酰胺和溶剂的比例为0.1g:(0.1～0.3)g:(10～25)mL；步骤(3)中水热反应是在130～150℃反应12～24h。
[0016]进一步地，步骤(3)中碱性溶液的浓度为1～6mol/L，浸泡时间为24～48h。
[0017]如上制备方法制得的具有多级孔电极复合材料GO
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C@M(OH)2。
[0018]如上具有多级孔电极复合材料GO
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C@M(OH)2在超级电容器中的应用。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0020]本专利技术以MOFs为金属源，通过在多孔海绵表面以及孔隙内生长MOFs，并与GO复合，经过高温碳化后得到高分散性的金属纳米粒子，再与含硫化合物水热合成得到氢氧化物纳米粒子。受益于海绵的高开孔率和MOFs的微孔结构，所得的GO
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C@M(OH)2具有多级孔结构并具有很大的比表面积。这种制备方法可以有效的防止氢氧化物纳米粒子的团聚，从而提高电极材料的活性点。此外，氧化石墨烯的加入可以增强复合电极材料的导电性，进而提高GO
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C@M(OH)2复合材料的电化学性能；本专利技术GO
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C/Co(OH)2电极在1A/g电流密度下的比容量可达300F/g。
附图说明
[0021]图1为本专利技术中GO
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C/Co(OH)2的TEM图；
[0022]图2为本专利技术中GO
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C/Co(OH)2电极材料的CV图；
[0023]图3为本专利技术中GO
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C/Co(OH)2电极材料的GCD图。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]本专利技术具有多级孔电极复合材料GO
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C@M(OH)2的制备方法，包括以下步骤：
[0026]A、在1～10mg/mL的GO溶液中以多孔海绵吸附GO，以便得到GO修饰的多孔海绵，海绵与氧化石墨烯的质量比为1:0.1～1；
[0027]B、采用水热反应方法将微孔MOFs生长在多孔海绵的内外表面上制备出多孔海绵@MOFs复合材料；GO修饰的多孔海绵、硝酸钴和2
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甲基咪唑的质量比例为1：1～5：4～20；硝酸钴的水溶液的浓度为0.05～0.2g/mL；2
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甲基咪唑的浓度为0.2～0.8g/mL；50～100℃水热反应12～24小时；
[0028]C、在惰性气体下通过高温将多孔海绵@MOFs复合材料碳化得GO
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C@M材料，500～800℃碳化2～5小时；
[0029]D、通过水热法将GO
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C@M与硫代乙酰胺进行反应制备GO
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C@MSO4，其中GO
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C@M、硫代乙酰胺和溶剂(水、乙醇、甲醇及DMF中的一种或多种)的比例为0.1g:0.1～0.3g:10～25mL；130～150℃反应12～24h。
[0030]E、将GO
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C@MSO4浸泡于浓度为1～6M的过量碱性溶液中24～48h制备GO
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C@M(OH)2复
合材料。
[0031]优选的，海绵为聚氨酯海绵、三聚氰胺海绵、聚苯乙烯海绵、聚乙烯海绵及聚有机硅海绵等。
[0032]优选的，MOFs为MOF
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5、MOF
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177、ZIF
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5、ZIF
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7、ZIF
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8、ZIF
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有多级孔电极复合材料GO
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C@M(OH)2的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将多孔海绵浸泡在GO溶液中，得到GO修饰多孔海绵，其中多孔海绵与GO的质量比为1:(0.1～1)；(2)采用水热反应将微孔MOFs生长在GO修饰多孔海绵上，制备出GO
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多孔海绵@MOFs复合材料，再进行碳化得到GO
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C@M材料；其中M为MOFs中的金属离子；(3)GO
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C@M材料与含硫化合物进行水热反应制备GO
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C@MSO4，GO
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C@MSO4在碱性溶液中浸泡，得到电极复合材料GO
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C@M(OH)2。2.根据权利要求1所述的具有多级孔电极复合材料GO
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C@M(OH)2的制备方法，其特征在于，所述海绵为聚氨酯海绵、三聚氰胺海绵、聚苯乙烯海绵、聚乙烯海绵或聚有机硅海绵。3.根据权利要求1所述的具有多级孔电极复合材料GO
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C@M(OH)2的制备方法，其特征在于，GO溶液的浓度为1～10mg/mL，GO溶液中溶剂为水、乙醇、甲醇及DMF中的一种或多种任意比例的混合物。4.根据权利要求1所述的具有多级孔电极复合材料GO
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C@M(OH)2的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，MOFs的原料包括金属源和咪唑类配体，其中GO修饰多孔海绵和金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉，陈宇晗，方宏宇，李亮，张云飞，吴艳光，蒋灿，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：