一种超级电容器电极材料CNT@M-Ni-OH及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种超级电容器电极材料CNT@M

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容器电极材料CNT@M
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Ni
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OH及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于超级电容器电极材料领域，尤其涉及一种超级电容器电极材料CNT@M
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Ni
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OH及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着自然化石资源的迅速枯竭和生态环境的急剧恶化，对清洁、高效、可持续的能源储存设备的需求日益迫切。因此，研究与开发能源储存设备具有重要的意义。在众多储能设备中，超级电容器由于具有快速储能和高功率输出被认为是一个非常有前景的储能设备。一般而言，超级电容器中的核心部分是电极材料，对超级电容器的研究主要集中在具有高电容性的新型电极材料的合成与开发上。
[0003]镍基氢氧化物具有理论容量高、成本低的特点受到研究者的关注，然而单纯的镍基氢氧化物通常由于易团聚、导电率低、循环稳定性差等缺点限制了其实际应用。通过引入其他金属离子(如Zn，Al，Cr，Mn和Co)到Ni(OH)2上，可以有效提高电极的稳定性和电化学活性。同时也可以将导电性优良的碳材料与Ni(OH)2复合提高电极材料的导电性，从而提高电化学活性。如Chang(Chang,Y.；Yang,J.；Zhao,C；et al.Nanohybrids from NiCoAl
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LDH coupled with carbon for pseudocapacitors:understanding the role of nano
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structured carbon[J].Nanoscale.2014,6(6),3097～3104.)等通过共沉淀法合成NiCoAl
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LDH，然后再与碳纳米管复合，这种三元复合材料综合了三者的优点，比电容高、比表面积大、循环稳定性和导电性能比二元复合材料具有更加显著的电化学作用。
[0004]金属有机骨架(MOFs)具有高孔隙率、高比表面积及结构可调等特点，在传感、气体吸附、分离及催化等领域具有很强的应用。同时MOFs具有的高孔隙率、优异的比表面积和低密度等特点被认为是制备具有较大表面积和孔隙率的功能壳或空心结构材料的模板。以MOFs为模板制备具有内部空穴或者功能壳的微纳米材料时，MOFs既可以作为牺牲模板又可以为材料提供金属离子，是一种双功能材料。同时，基于MOFs为模板制备的材料同样会继承MOFs的一些特征，具有比表面积高及形貌可调性高等特点，因此可以利用MOFs来制备电化学性能优异的超级电容器材料。如jiang等人(Jiang,Z.；Li,Z.；Qin,Z.；et al.LDH nanocages synthesized with MOF templates and their high performance as supercapacitors[J].Nanoscale.2013,5(23),11770～11775.)制备了基于ZIF
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67的空心层状双氢氧化物(LDHs)多面体。Yilmaz等(Yilmaz,G.；Yam,K.M.；Zhang,C.；et al.In situ tra nsformation of MOFs into layered double hydroxide embedded metal sulfi des for improved electrocatalytic and supercapacitive performance[J].Adva nced Materials.2017,29(26),1606814.)报道了由MOFs衍生的NiCo
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LDH/Co9S8具有较高的比电容。但是这些技术存在纳米M
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Ni
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OH不易均匀分散和易团聚的缺陷，不利于M
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Ni
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OH电极材料的电化学活性提升。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种超级电容器电极材料CNT@M
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Ni
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OH及其制备方法和应用，解决现有技术中M
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Ni
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OH不易均匀分散和易团聚导致电化学活性低的技术问题。
[0006]为达到上述技术目的，本专利技术制备方法的技术方案是：
[0007]包括以下步骤：
[0008](1)采用改性剂对碳纳米管进行改性，得到改性碳纳米管；
[0009](2)采用溶剂热或水热法将微孔MOFs生长在改性碳纳米管上，得到碳纳米管@MOFs复合材料；
[0010](3)将碳纳米管@MOFs复合材料配制成分散液，与镍盐溶液混合进行水热反应，制备电极材料CNT@M
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Ni
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OH，其中碳纳米管@MOFs复合材料和镍盐的质量比为1：(2～5)，M为MOFs中的金属离子。
[0011]进一步地，步骤(1)中改性剂为多巴胺或硅烷偶联剂，改性是在pH值为8～9的酸性溶液中进行的；改性剂和碳纳米管之间的质量比为1：(1～2)，改性时间为2～24h。
[0012]进一步地，酸性溶液为盐酸溶液、醋酸溶液、硫酸溶液或TRIS溶液；硅烷偶联剂的型号为KH
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540或KH
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550或KH
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560。
[0013]进一步地，步骤(2)中微孔MOFs的原料包括配位金属和配体，改性碳纳米管和配位金属的质量摩尔比为40mg：(0.5～2)mmol；配位金属和配体的摩尔比为1：(5～20)；配位金属为Co(NO3)2·
6H2O和Zn(NO3)2·
6H2O中的一种或两种，配体包括咪唑类配体和乙烯基酰胺类配体。
[0014]进一步地，步骤(2)中，溶剂热或水热法的反应温度均为80～140℃，时间均为12～36h。
[0015]进一步地，步骤(3)中，碳纳米管@MOFs复合材料分散液的浓度为2～5mg/mL，碳纳米管@MOFs复合材料分散液的溶剂为水、乙醇、甲醇和DMF中的一种或多种。
[0016]进一步地，步骤(3)中，镍盐采用Ni(NO3)2·
6H2O，Ni(NO3)2·
6H2O溶液的浓度为16～25mg/mL，Ni(NO3)2·
6H2O溶液的溶剂为水。
[0017]进一步地，步骤(3)中，水热反应条件为：90～120℃下加热12～36h。
[0018]如上制备方法制得的超级电容器电极材料CNT@M
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Ni
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OH。
[0019]如上超级电容器电极材料CNT@M
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Ni
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OH在超级电容器中的应用。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0021]本专利技术提供的一种以MOFs为模板制备超级电容器的电极材料CNT@M
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Ni
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OH的制备方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超级电容器电极材料CNT@M
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Ni
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OH的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用改性剂对碳纳米管进行改性，得到改性碳纳米管；(2)采用溶剂热或水热法将微孔MOFs生长在改性碳纳米管上，得到碳纳米管@MOFs复合材料；(3)将碳纳米管@MOFs复合材料配制成分散液，与镍盐溶液混合进行水热反应，制备电极材料CNT@M
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Ni
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OH，其中碳纳米管@MOFs复合材料和镍盐的质量比为1：(2～5)，M为MOFs中的金属离子。2.根据权利要求1所述的超级电容器电极材料CNT@M
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Ni
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OH的制备方法，其特征在于，步骤(1)中改性剂为多巴胺或硅烷偶联剂，改性是在pH值为8～9的酸性溶液中进行的；改性剂和碳纳米管之间的质量比为1：(1～2)，改性时间为2～24h。3.根据权利要求2所述的超级电容器电极材料CNT@M
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Ni
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OH的制备方法，其特征在于，酸性溶液为盐酸溶液、醋酸溶液、硫酸溶液或TRIS溶液；硅烷偶联剂的型号为KH
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540或KH
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550或KH
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560。4.根据权利要求1所述的超级电容器电极材料CNT@M
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Ni
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OH的制备方法，其特征在于，步骤(2)中微孔MOFs的原料包括配位金属和配体，改性碳纳米管和配位金属的质量摩尔比为40mg：(0.5～2)mmol；配位金属和配体的摩尔比为1：(5～20)；配位金属为Co(NO3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉，何应，李亮，何清，张宇，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：