【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超级电容器电极材料，具体涉及一种zn-hkust-1衍生碳的制备方法及其应用。
技术介绍
1、超级电容器是一种介于二次电池与电容器性能之间的新型储能装置，既具有电池的储能性能，也具有电容器的快速充放电与大功率设备的能量输出。碳基超级电容器是双电层类型中的一种，其原理是器件在充放电的过程中电极材料对电解液进行的吸脱附完成充放电。双电层电容器能量密度的提升需要电极材料具有较高的比表面积、孔隙率、结构稳定性等特点，金属有机框架材料由于其优异的自身特性是一种比较理想的原材料。
2、金属有机框架材料（metal organic frameworks, mofs）是由金属离子与有机框架形成的一种多孔结构的晶体材料。由于mofs材料中有机组分的含碳量高，通过合适的碳化温度可以获得保持mofs原始结构的纳米多孔碳，是超级电容器优良的电极材料。
3、yaghi课题组在1999年，用金属锌（沸点907 ℃）与对苯二甲酸成功合成了经典的mof-5材料；同年，香港科技大学williams课题组以均苯三甲酸和cu2+配位合成了一种新型的有机框架，以学校名字命名为hkust-1。它是一个孔径为9×9å2的六方孔道结构，结构可以稳定存在。根据mof-5与hkust-1这两种mofs类型，我们可以将mof-5的金属离子迁移到hkust-1材料上。
4、通过对hkust-1型材料进行研究，发现cu2+的快速去除比较困难，而金属元素用zn全部替换cu，得到zn-hkust-1前驱体材料，碳化之后就能方便得到纳米多孔
5、公开号为cn108735523a的中国专利文件，公开了一种具有窗梁结构的zn-mof其衍生的碳材料的制备方法及其应用，以4,4′-二(咪唑-1-基)联苯(bibp)与1,3,5-苯三甲酸和金属盐zn(no3)2·6h2o为原料，通过溶剂热合成前驱体材料，煅烧得到产品。通过电化学性能测试发现比容量较为理想，但是考虑到配体bibp价格较高，不利于商业化生产。
6、公开号为cn116082659a的中国专利文件，公开了一种mof衍生的高孔碳气凝胶及其在超级电容器中的应用，本专利技术采用新型mof-zx-5为前驱体，设计并合成一种新型碳气凝胶材料作为超级电容器的电极材料。材料的比容量以及循环性能都有了明显提升，但是原材料中配体选用的是价格比较昂贵的4,4'4''-三(4-吡啶基)三苯胺材料，不便于工业化生产。
7、公开号为cn113201809a的中国专利文件，公开了一种分级多孔碳基复合超级电容器电极材料及其制备方法，包括：金属有机框架zif-67纳米颗粒的制备、将纺丝溶液通过静电纺丝得到纳米复合纤维、将纳米复合纤维进行预氧化和碳化处理，得到分级多孔碳基复合超级电容器电极材料。电化学测试中，选用泡沫镍为集流体、电极材料为含co的碳材料，存在赝电容现象，比容量会比纯双电层电容性能好一些。考虑合成工艺的复杂性、金属离子参与的形式，在成本及工艺方面优势不明显。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种zn-hkust-1衍生碳的制备方法及其应用，该方法采用价格低廉的原材料，生产成本低，工艺流程简单，适于商业化生产。
2、本专利技术的技术方案，包括以下步骤：
3、（1）将zn(no3)2•6h2o和均苯三甲酸分别溶解在极性有机溶剂中形成溶液a和溶液b；
4、（2）将溶液a与溶液b混合均匀，在密闭环境下进行加热反应，再经抽滤、清洗、抽滤、真空干燥后得到前驱体zn-hkust-1；
5、（3）前驱体zn-hkust-1在氩气保护气氛下进行煅烧，煅烧后的样品依次利用盐酸、去离子水清洗，抽滤后烘干得到zn-hkust-1衍生碳。
6、优选地，所述步骤（1）中，所述极性有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺或n,n-二甲基已酰胺，溶液a与溶液b采用相同的溶剂；
7、优选地，所述步骤（1）中，zn(no3)2•6h2o在溶液a中的浓度为5~15mm、均苯三甲酸在溶液b中的浓度为5~10mm，zn(no3)2•6h2o与均苯三甲酸摩尔比为1~3:1；
8、优选地，所述步骤（2）中，在密闭环境下进行加热反应时，反应温度为100~140℃，反应时间为10~14h；
9、优选地，所述步骤（3）中，煅烧过程为两段煅烧：第一段，升温速率为5~10℃/min，保温温度为500~600℃，保温时间2~4h；第二段，升温速率为3~5℃/min，保温温度为900-1000℃，保温时间为4~6h。
10、本专利技术相对于现有技术，具有以下有益效果：
11、1、本专利技术在合成zn-hkust-1前驱体过程中，选用材料普通、价格低廉的原材料，有机配体的选择并没有使用价格较高的4,4′-二(咪唑-1-基)联苯、4,4'4''-三(4-吡啶基)三苯胺，有利于降低生产成本，适于商业化生产。
12、2、本专利技术通过退火得到的碳材料，既具有碳材料自身高导电性，又保持了前驱体的结构，能够支撑器件在循环充放电过程中结构的稳定性。
13、3、采用本专利技术生产的zn-hkust-1衍生碳材料组装的超级电容器，在0.2a/g电流密度下比电容可达86~107f/g；在2a/g电流密度下循环10000圈之后，电容值为初始值的60~81%，库伦效率为100%，表明该电容器循环稳定性良好。以上数据表明，本专利技术得到的zn-hkust-1衍生碳在emimtfsi电解液中具有优异的比容量以及良好的循环稳定性。
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1.一种Zn-HKUST-1衍生碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的Zn-HKUST-1衍生碳的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述极性有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基已酰胺，溶液A与溶液B采用相同的溶剂。
3.根据权利要求1所述的Zn-HKUST-1衍生碳的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，Zn(NO3)2•6H2O在溶液A中的浓度为5~15mM、均苯三甲酸在溶液B中的浓度为5~10mM，Zn(NO3)2•6H2O与均苯三甲酸摩尔比为1~3:1。
4.根据权利要求1所述的Zn-HKUST-1衍生碳的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，在密闭环境下进行加热反应时，反应温度为100~140℃，反应时间为10~14h。
5.根据权利要求1所述的Zn-HKUST-1衍生碳的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，煅烧过程为两段煅烧：第一段，升温速率为5~10℃/min，保温温度为500~600℃，保温时间2~4h；第二段，升温速率为3~5℃/min，保温温度为900-1000℃
6.一种如权利要求1-5中任一项的Zn-HKUST-1衍生碳的制备方法制得的Zn-HKUST-1衍生碳的应用，其特征在于：所述Zn-HKUST-1衍生碳应用于离子液体型超级电容器的电极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种zn-hkust-1衍生碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的zn-hkust-1衍生碳的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述极性有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺或n,n-二甲基已酰胺，溶液a与溶液b采用相同的溶剂。
3.根据权利要求1所述的zn-hkust-1衍生碳的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，zn(no3)2•6h2o在溶液a中的浓度为5~15mm、均苯三甲酸在溶液b中的浓度为5~10mm，zn(no3)2•6h2o与均苯三甲酸摩尔比为1~3:1。
4.根据权利要求1所述的zn-hkust-1衍生碳的制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李庆灿，王琪，董雅鑫，李法兵，吴玉起，朱荣振，王琳琳，耿德敏，刘建路，
申请(专利权)人：山东海化集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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