【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超级电容器，具体涉及一种基于cofs@mxene核壳结构纳米球的正极材料及在水系锌离子混合超级电容器中的应用。
技术介绍
1、随着传统能源消耗量的日益增多以及其存量的有限，可持续能源储能器件受到人们越来越多的关注。水系锌离子混合超级电容器因其较高的理论容量(820mahg-1)、较低的氧化还原电位(-0.76vvs标准氢电极)、环境友好和低成本等优点，具有潜在应用前景。然而，传统的阴极材料(金属氧化物)在zn2+插入过程中存在不可逆的溶解问题，尤其在高倍率服役条件下，阴极材料的结构稳定性变差，可能会引起包括电容器短路、循环寿命缩短、库仑效率降低以及安全隐患等严重问题，从而严重阻碍水系锌离子混合超级电容器的实际应用。
2、为解决这些问题，研究人员在寻找适配于锌负极的正极材料上做了很多工作。其中，构建异质功能结构不仅能够提高材料的导电率和离子扩散速度，而且能优化电容器的循环稳定性和容量保持率，延长电容器的寿命。然而，异质功能结构的设计和制备通常涉及复杂的合成过程，例如自顶向下组装和自下而上法，以及结合机械堆叠、光刻或激光图案化和垂直或横向(边缘)生长的混合方法，可能导致高昂的成本，限制了大规模生产的可行性。因此，灵活的构建异质功能结构以实现对锌离子的高效嵌入/脱嵌成为研制高性能锌离子混合超级电容器的关键技术难点。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术基于目前金属氧化物正极材料存在的问题而提供一种基于cofs@mxene核壳结构纳米球的正极材料及在水系锌离子混
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术的第一个技术目的是提供一种基于cofs@mxene核壳结构纳米球的正极材料，所述正极材料是以质子化的多孔cofs纳米球作为核，剥离后的少层ti3cnmxene纳米片作为壳，利用静电自组装方法制备粒径均匀的具有核壳结构的cofs@mxene纳米球，将其应用于水系锌离子混合超级电容器时表现出优异的电化学性能。
4、进一步地，所述质子化的多孔cofs纳米球的制备方法，包括以下步骤：
5、1)将2,5-二乙烯基对苯二甲醛和1,3,5-三(4-氨苯基)苯加入到乙腈溶剂中，超声分散；随后加入乙酸水溶液振荡，放置三天后离心得到cofs；
6、2)将所述cofs加入到硫酸水溶液中，超声分散，得到质子化的多孔cofs纳米球。
7、其中，所述2,5-二乙烯基对苯二甲醛和1,3,5-三(4-氨苯基)苯的摩尔比为3～5:2，所述乙酸水溶液中乙酸的浓度为8～13mol/l，所述硫酸水溶液中硫酸的浓度为0.02～0.05mol/l。
8、进一步地，所述少层ti3cnmxene纳米片的制备方法，包括如下步骤：
9、1)将ti3alcn加入氢氟酸水溶液中，搅拌过夜后离心得到多层ti3cnmxene；
10、2)将所述多层ti3cn mxene加入到二甲基亚砜溶剂中，搅拌后加入二氯甲烷溶液，离心得到剥离后的ti3cnmxene纳米片；
11、3)在所述剥离后的ti3cn mxene纳米片中加入去离子水，超声、离心，得到均匀分散在去离子水中的少层ti3cnmxene纳米片。
12、其中，所述步骤1)中氢氟酸水溶液的质量分数为20～30％，所述的离心转速为8000～10000r/min，离心直到上清液的ph值达到～7；所述步骤2)中的二甲基亚砜和二氯甲烷溶液的体积比为1:1～3，所述的离心转速为2000～3000r/min，搅拌时间为2～5h；所述步骤3)中的离心转速为2500～3500r/min，时间为30min/次。
13、进一步地，所述具有核壳结构的cofs@mxene纳米球的制备方法，包括如下步骤：
14、将少层ti3cnmxene纳米片分散液加入质子化的多孔cofs纳米球水性分散液中搅拌，真空干燥得到所述的具有核壳结构的cofs@mxene纳米球。
15、其中，所述少层ti3cnmxene纳米片和多孔cofs纳米球的质量比为1～5:1。
16、本专利技术的第二个技术目的是提供所述的基于cofs@mxene核壳结构纳米球的正极材料在水系锌离子混合超级电容器中的应用。
17、进一步地，所述的基于cofs@mxene核壳结构纳米球的水系锌离子混合超级电容器的制备方法，包括如下步骤：
18、1)分别称取cofs@mxene核壳结构纳米球、聚偏氟乙烯和导电炭黑superp三种材料，研磨均匀后加入1-甲基-2-吡络烷酮溶液，得到成分均一的浆料；
19、2)将所述浆料涂覆在洗净后的基底上烘干后切片得电极片；
20、3)将玻璃纤维滤纸作为隔膜，金属锌作为负极，2m硫酸锌作为电解液和cofs@mxene核壳结构纳米球作为正电极片共同组装成水系锌离子混合超级电容器。
21、其中，所述cofs@mxene核壳结构纳米球、聚偏氟乙烯和导电炭黑superp的质量比为8:1:1。
22、与现有技术相比，本专利技术的优异效果为：
23、(1)本专利技术通过静电自组装方法构建cofs@mxene异质功能结构将cofs的多孔道优势与mxene材料的高导电性结合，实现对锌离子的高效存储能力。
24、(2)本专利技术中，具有均匀核壳结构的cofs@mxene纳米球3d互连，为离子吸附/扩散和电子转移提供高速通道，进一步促进了电化学活性，表现为当电流密度为0.1ag-1时，具有260.3mahg-1的放电比容量；且在0.1ag-1的电流密度下循环3000圈后，容量保持高达90％；该方法简单易行，有效的节省了时间和工艺成本。
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1.一种基于COFs@MXene核壳结构纳米球的正极材料，其特征在于，所述正极材料是以质子化的多孔COFs纳米球作为核，剥离后的少层Ti3CNMXene纳米片作为壳，利用静电自组装方法制备而得的粒径均匀的具有核壳结构的COFs@MXene纳米球。
2.根据权利要求1所述的基于COFs@MXene核壳结构纳米球的正极材料，其特征在于，所述质子化的多孔COFs纳米球的制备方法，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于COFs@MXene核壳结构纳米球的正极材料，其特征在于，所述2,5-二乙烯基对苯二甲醛和1,3,5-三(4-氨苯基)苯的摩尔比为3～5:2；
4.根据权利要求1所述的基于COFs@MXene核壳结构纳米球的正极材料，其特征在于，所述少层Ti3CNMXene纳米片的制备方法，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的基于COFs@MXene核壳结构纳米球的正极材料，其特征在于，所述步骤1)中氢氟酸水溶液的质量分数为20～30％，所述的离心转速为8000～10000r/min，离心直到上清液的pH值达到～7；
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7.根据权利要求6所述的基于COFs@MXene核壳结构纳米球的正极材料，其特征在于，所述少层Ti3CNMXene纳米片和多孔COFs纳米球的质量比为1～5:1。
8.一种如权利要求1所述的基于COFs@MXene核壳结构纳米球的正极材料在水系锌离子混合超级电容器中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述基于COFs@MXene核壳结构纳米球的水系锌离子混合超级电容器的制备方法，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述COFs@MXene核壳结构纳米球、聚偏氟乙烯和导电炭黑SuperP的质量比为8:1:1。
...【技术特征摘要】
1.一种基于cofs@mxene核壳结构纳米球的正极材料，其特征在于，所述正极材料是以质子化的多孔cofs纳米球作为核，剥离后的少层ti3cnmxene纳米片作为壳，利用静电自组装方法制备而得的粒径均匀的具有核壳结构的cofs@mxene纳米球。
2.根据权利要求1所述的基于cofs@mxene核壳结构纳米球的正极材料，其特征在于，所述质子化的多孔cofs纳米球的制备方法，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于cofs@mxene核壳结构纳米球的正极材料，其特征在于，所述2,5-二乙烯基对苯二甲醛和1,3,5-三(4-氨苯基)苯的摩尔比为3～5:2；
4.根据权利要求1所述的基于cofs@mxene核壳结构纳米球的正极材料，其特征在于，所述少层ti3cnmxene纳米片的制备方法，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的基于cofs@mxene核壳结构纳米球的正极材料，其特征在于，所述步骤1)中氢氟酸水溶液的质...
【专利技术属性】
技术研发人员：于华楠，张凯歌，徐冬冬，张景基，宗泉，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：
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