一种含有四配位镍离子结构单元和钾离子的层状功能配合物及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种含有四配位镍离子结构单元和钾离子的层状功能配合物及其应用，其为二维层状的无限结构，该配合物由单核镍离子和一个桥联钾离子构成层状结构。由于层间是用分子间弱相互作用连接，在电荷或离子传输或迁移过程中不会对配合物的结构和体积造成明显影响。而且层状结构上存在大量的苯环、氧原子、硫原子和不同价态的异金属离子，可以存贮大量电荷。尤其是四配位的二价镍离子，是具有很强电化学活性的氧化还原位点，具有较强的商业实用性，可应用于超级电容器电极中。可应用于超级电容器电极中。可应用于超级电容器电极中。

【技术实现步骤摘要】
一种含有四配位镍离子结构单元和钾离子的层状功能配合物及其应用


[0001]本专利技术属于超级电容器
，具体涉及一种含有四配位镍离子结构单元和钾离子的层状功能配合物及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着燃料的过度使用，环境污染和能源困境变得越来越严重，解决这些紧迫的环境问题，其关键是开发清洁新能源。为了有效的利用这些能源，对高效能量存储系统的需求越来越迫切。在这些储能系统中，锂离子电池相对于超级电容器有高能量密度，但功率密度不高。超级电容器具有高功率密度、良好的电化学可逆性能和较高的循环稳定性，在便携式电子产品、电动汽车、和储备能源等领域具有远大的应用前景。
[0003]目前超级电容器电极材料的研究主要集中在碳基电极材料、导电聚合物电极材料和过渡金属化合物电极材料上，其中骨架配合物作为一种功能材料，因为其结构多样性，可调节的孔径(孔隙率，表面积，密度)，简单的合成工艺和低成本已经在诸多领域得到了应用。然而作为电极材料，在电荷或离子传输或迁移过程中对骨架配合物的结构和体积会造成一些较明显的影响，从而影响了电极材料的稳定性，限制了其作为超级电容器电极材料的应用。
[0004]本申请专利技术人团队在先研究中，取得一些科研成果，如：
[0005]中国专利公开号为CN112745510A的《一种含有镍原子簇结构单元和钠离子的复层柱状功能配合物及其应用》；
[0006]中国专利公开号CN107221458B的《镍配合物为前躯体的掺碳氧化镍复合电极材料及其制备方法》；
[0007]本申请进一步创新将原有的镍盐含量减半，并加入钠盐，混合盐的使用让溶液中镍离子的配位环境发生改变，改变了邻巯基苯甲酸的配位方式，从而得到新结构的配合物。对比团队之前的成果，该方法提供了合成新结构配合物的合成条件，从而得出本申请的新技术方案。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种含有四配位镍离子结构单元和钾离子的层状功能配合物及其应用。
[0009]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是本专利技术的第一方面，提供一种含有四配位镍离子结构单元和钾离子的层状功能配合物。
[0010]本专利技术的第二方面，提供如上所述的含有四配位镍离子结构单元和钾离子的层状功能配合物的制备方法，包括以下步骤：
[0011]①
将氢氧化钾和/或碱性钾盐溶于乙醇中；
[0012]②
将邻巯基苯甲酸加入步骤
①
所配的溶液，使其完全溶解；
[0013]③
配置钠离子与镍离子的混合溶液，将钠离子与镍离子混合溶液滴入步骤
②
中的溶液，其中，钠离子与镍离子的混合溶液中，钠离子与镍离子的比例为 1:15
‑
20，钠离子与镍离子的混合溶液中的总离子与邻巯基苯甲酸的摩尔比为 1:2.6
‑
5.4；
[0014]④
将步骤
③
的溶液倒入有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，于100
‑
150℃的温度下反应3
‑
5天；
[0015]⑤
反应完毕，待反应釜自然冷却到室温，将得到的产物依次用去离子水和无水乙醇离心洗涤多次，烘干，得到褐色片状产物，即为如权利要求1所述的超级电容器电极材料。
[0016]优选的，步骤
③
中，钠离子与镍离子的混合溶液为水溶性钠盐和镍盐溶于离子水中得到，所述水溶性镍盐为六水合硝酸镍、四水合乙酸镍、六水合硫酸镍、六水合氯化镍中的一种或多种，所述水溶性钠盐为碳酸钠、醋酸钠中的一种或多种。
[0017]本专利技术的第三方面，提供如上所述的含有四配位镍离子结构单元和钾离子的层状功能配合物作为超级电容器电极材料的应用。
[0018]本专利技术的第四方面，提供一种超级电容器电极材料，其采用如上所述的含有四配位镍离子结构单元和钾离子的层状功能配合物作为电极材料的至少部分组成。
[0019]本专利技术的第五方面，提供一种如上所述的超级电容器电极的制备方法，包括以下步骤：将电极材料的浆料涂覆于集流体上，烘干得到超级电容器电极材料；所述电极材的料的浆料包括如上述的含有四配位镍离子结构单元和钾离子的层状功能配合物、导电剂、粘合剂。
[0020]导电剂可以具体采用目前常见的用于超级电容器电极的导电剂原料，如炭黑、乙炔黑、科琴黑、Super
‑
P等，本专利技术的一个实施例采用乙炔黑作为导电剂。
[0021]粘合剂可以具体采用目前常见的用于超级电容器电极的粘合剂原料，如聚偏二氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯和各种共聚物，本专利技术的一个实施例采用聚四氟乙烯作为粘合剂。
[0022]集流体为具有导电性而不引起超级电容器中的化学变化的材料，如不锈钢网、铜网、铝箔、碳布、泡沫镍等，本专利技术的一个实施例采用泡沫镍作为集流体。
[0023]本专利技术的有益效果如下：本专利技术提供一种含有四配位镍离子构单元和钾离子的层状功能配合物，其为二维层状的无限结构，该配合物由单核镍离子和一个桥联钾离子构成层状结构。由于层间是用分子间弱相互作用连接，在电荷或离子传输或迁移过程中不会对配合物的结构和体积造成明显影响。而且层状结构上存在大量的苯环、氧原子、硫原子和不同价态的异金属离子，可以存贮大量电荷。尤其是四配位的二价镍离子，是具有很强电化学活性的氧化还原位点，具有较强的商业实用性。
[0024]本专利技术的一个实施例所合成的配合物[Ni
2+
K
+
(Hmba)
‑
(mba)2‑
]n
(mba邻巯基苯甲酸二价阴离子)制备成三电极体系的电极片，在1A/g的电流密度下得到 496F/g较高的比电容，能够提供较强的商业实用性。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据
这些附图获得其他的附图仍属于本专利技术的范畴。
[0026]图1为本专利技术实施例1所制备的四配位Ni
‑
功能配合物的配位单元单晶解析图；
[0027]图2为本专利技术实施例1所制备的四配位Ni
‑
功能配合物的层状结构示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例1所制备的四配位Ni
‑
功能配合物的X射线衍射图；
[0029]图4为本专利技术实施例1所制备的四配位Ni
‑
功能配合物的热重曲线图；
[0030]图5为本专利技术实施例1所制备的四配位Ni
‑
功能配合物的扫描电子显微镜图，图中(a)、(b)和(c)分别表示10μm、5μm和4μm的视图比例；
[0031]图6为本专利技术实施例3所制备的四配位Ni<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含有四配位镍离子结构单元和钾离子的层状功能配合物，其特征在于：其由单核四配位的二价镍离子和一个桥联钾离子构成层状结构，层间是用分子间弱相互作用连接。2.一种如权利要求1所述的含有四配位镍离子结构单元和钾离子的层状功能配合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
①
将氢氧化钾和/或碱性钾盐溶于乙醇中；
②
将邻巯基苯甲酸加入步骤
①
所配的溶液，使其完全溶解；
③
配置钠离子与镍离子的混合溶液，将钠离子与镍离子的混合溶液滴入步骤
②
中的溶液，其中，钠离子与镍离子的混合溶液中，钠离子与镍离子的比例为1:15
‑
20，钠离子与镍离子的混合溶液中的总离子与邻巯基苯甲酸的摩尔比为1:2.6
‑
5.4；
④
将步骤
③
的溶液倒入反应釜中，于100
‑
150℃的温度下反应3
‑
5天；
⑤
反应完毕，待反应釜...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新华，林希豪，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：