【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于mof复合材料制备领域，具体涉及一种mof-on-mof异质结构纳米材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、金属有机框架(metal-organic framework，mof)是由金属离子或金属簇作为次级构筑单元与不同的有机配体通过多功能配位键构建而成的一类典型的结晶多孔材料。由于具有高结晶度、高表面积、大孔隙率、制备简单、结构可调等特点，多种不同功能的mof材料在储能领域得到了广泛应用，也引起了众多科研人员的研究兴趣。
2、mof-on-mof材料是一种基于不同结构和形貌的mof单元组装成的同质或异质结构的纳米复合材料。其中，将两种或更多不同的mof单元组装成mof-on-mof异质结构是一种有效的合成策略，能够制备得到具有复杂纳米结构的mof复合材料。与单一mof材料相比，mof-on-mof异质结构复合材料具有前所未有的可调性和多层次化纳米结构，这些优势使得其在超级电容器储能器件的应用方面显示出极具价值的开发潜力。因此，如何合理设计并简便合成复杂的多级mof-on-mof异质结构是近年来化学和材料科学领域的研究热点和研究难点之一。
3、目前，现有技术中针对mof-on-mof异质结构复合材料进行制备的方法，通常是利用预先合成的mof材料作为晶种，然后在晶种表面有序地外延生长另一种mof材料，从而构建一系列复杂的mof-on-mof异质结构。采用现有方法，虽然能够实现mof-on-mof异质结构复合材料的制备，但是制备通常需要昂贵的设备和材料，同时也需要精细的操作和制备技术，因此还存在
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一提供一种mof-on-mof异质结构纳米材料的制备方法，其通过调控金属离子能够直接构筑得到mof-on-mof异质结构纳米材料，且制备过程采用常温搅拌，过程简单、易于操作、条件温和、安全性高，所得的mof-on-mof异质结构纳米材料作为超级电容器电极材料时兼具优良的比电容和倍率性能，存储容量高，储能特性优，能够解决现有mof-on-mof异质结构纳米材料制备所存在的关键技术难题。
2、本专利技术的目的之二在于提供一种mof-on-mof异质结构纳米材料，其作为超级电容器电极材料时具有优良的存储容量，兼具优良的比电容和倍率性能，适于作为超级电容器电极材料使用。
3、本专利技术的目的之三在于提供一种mof-on-mof异质结构纳米材料的应用，将该纳米材料用于超级电容器，能够极大地满足电容器对于存储容量的高需求。
4、本专利技术的目的之一采用的技术方案是：
5、步骤(1)：将4,4'-联吡啶、2,5-噻吩二羧酸、分散剂加入到水中，超声分散，得到有机配体悬浮液；
6、步骤(2)：在所述有机配体悬浮液中加入碱溶液进行混合，得到去质子化有机配体溶液；
7、步骤(3)：在所述去质子化有机配体溶液中加入双金属混合溶液进行搅拌反应，反应结束后洗涤，干燥，即得mof-on-mof异质结构纳米材料；
8、其中，所述双金属混合溶液为同时含有二价镍盐和三价铋盐且混合均匀的双金属混合溶液。
9、本专利技术上述方案中，分散剂的加入主要起到分散有机配体的作用，本专利技术对具体的分散剂不进行特殊限定，本领域技术人员可以根据需求选择，其只需保证能够起到有效分散有机配体的作用即可。作为进一步的改进，步骤(1)中，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。
10、进一步地，所述水为去离子水。
11、优选地，步骤(2)中，所述碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的一种或两种。进一步优选地，所述碱溶液的浓度为60～150mmol/l。
12、作为进一步的改进，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为10k-19k。
13、作为进一步的改进，步骤(1)中，所述超声分散的时间为0.5～1.0h。
14、作为进一步的改进，所述4,4'-联吡啶、2,5-噻吩二羧酸、碱溶液中碱、双金属混合溶液中双金属的投料摩尔比为(0.2-0.5)∶(0.3-0.75)∶(0.3-0.75)∶(0.1-0.2)。本专利技术通过控制反应原料的配比，得到的去质子化的有机配体溶液为非饱和性的透明溶液，有利于后续过程中有机配体与金属离子进行配位反应。进一步优选地，所述4,4'-联吡啶、2,5-噻吩二羧酸、碱溶液中碱、双金属混合溶液中双金属的投料摩尔比为0.3∶0.4∶0.4∶0.15。
15、作为进一步的改进，所述4,4'-联吡啶、2,5-噻吩二羧酸、分散剂的投料摩尔比为(0.2-0.5)∶(0.3-0.75)∶(0.001-0.0025)。
16、作为进一步的改进，所述二价镍盐为六水合氯化镍、六水合硝酸镍、四水合乙酸镍中的一种；所述三价铋盐为五水合硝酸铋、乙酸铋中的一种；所述二价镍盐与三价铋盐的摩尔比为1∶(0.33～9)。更优选地，所述二价镍盐与三价铋盐的摩尔比为1∶1.5。
17、作为进一步的改进，水、碱溶液、双金属混合溶液的体积用量比为3∶1∶1。
18、作为进一步的改进，步骤(3)中，所述搅拌反应在室温下进行；所述搅拌反应的时间为0.5～4.0h。
19、本专利技术的目的之二采用的技术方案是：
20、如上所述的mof-on-mof异质结构纳米材料的制备方法制备得到的mof-on-mof异质结构纳米材料。
21、作为进一步的改进，mof-on-mof异质结构纳米材料包括内部的bi-mof棒状结构以及外部的ni-mof纳米片结构。
22、本专利技术的目的之三采用的技术方案是：
23、如上所述的mof-on-mof异质结构纳米材料的应用，具体是所述mof-on-mof异质结构纳米材料作为电极材料在超级电容器中的应用。
24、相较于现有技术，本专利技术的有益效果主要在于：
25、(ⅰ)本专利技术的mof-on-mof异质结构纳米材料的制备方法，首先将4,4'-联吡啶、2,5-噻吩二羧酸和分散剂加入水中进行超声分散，得到有机配体悬浮液，随后加入碱溶液，碱溶液中的氢氧根夺取来自有机配体羧基官能团中的氢，得到非饱和性的去质子化的有机配体溶液，有利于有机配体与金属离子进行配位反应；最后本专利技术加入含有二价镍盐和三价铋盐的双金属混合溶液，利用二价镍盐和三价铋盐两种金属的不同价态以及与有机配体的不同配位方式，即二价镍离子与有机配体形成片状结构，三价铋离子与有机配体形成棒状结构，在非饱和性有机配体溶液中同时加入两种金属混合溶液，使得两种金属离子同时与有机配体发生配位，在纳米材料晶体成核过程中，两种金属相互作用，从而得到mof-on-mof异质结构纳米材料，而丰富的异质结构和多组分特性能够赋予材料良好的储能性能。
26、本专利技术的上述制备方法，利用两种金属本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种MOF-on-MOF异质结构纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的MOF-on-MOF异质结构纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮；步骤(2)中，所述碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的MOF-on-MOF异质结构纳米材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为10k-19k。
4.根据权利要求1所述的MOF-on-MOF异质结构纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述超声分散的时间为0.5～1.0h。
5.根据权利要求1所述的MOF-on-MOF异质结构纳米材料的制备方法，其特征在于，所述4,4'-联吡啶、2,5-噻吩二羧酸、碱溶液中碱、双金属混合溶液中双金属的投料摩尔比为(0.2-0.5)∶(0.3-0.75)∶(0.3-0.75)∶(0.1-0.2)。
6.根据权利要求1～5任一项所述的MOF-on-MOF异质结构纳米材料的制备方法，其特征在于，所述二价镍盐为六水合氯化镍、六水
7.根据权利要求1～5任一项所述的MOF-on-MOF异质结构纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述搅拌反应在室温下进行；所述搅拌反应的时间为0.5～4.0h。
8.一种如权利要求1～7任一项所述的MOF-on-MOF异质结构纳米材料的制备方法制备得到的MOF-on-MOF异质结构纳米材料。
9.如权利要求8所述的MOF-on-MOF异质结构纳米材料，其特征在于，MOF-on-MOF异质结构纳米材料包括内部的Bi-MOF棒状结构以及外部的Ni-MOF纳米片结构。
10.如权利要求8或9所述的MOF-on-MOF异质结构纳米材料的应用，其特征在于，所述MOF-on-MOF异质结构纳米材料作为电极材料在超级电容器中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种mof-on-mof异质结构纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的mof-on-mof异质结构纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮；步骤(2)中，所述碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的mof-on-mof异质结构纳米材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为10k-19k。
4.根据权利要求1所述的mof-on-mof异质结构纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述超声分散的时间为0.5～1.0h。
5.根据权利要求1所述的mof-on-mof异质结构纳米材料的制备方法，其特征在于，所述4,4'-联吡啶、2,5-噻吩二羧酸、碱溶液中碱、双金属混合溶液中双金属的投料摩尔比为(0.2-0.5)∶(0.3-0.75)∶(0.3-0.75)∶(0.1-0.2)。
6.根据权利要求1～5任一项所述的mo...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑莎莎，周可可，郭晓雷，张晓雪，任宁，靳浩杰，高艺佳，翟鹏程，
申请(专利权)人：黄淮学院，
类型：发明
国别省市：
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