[发明专利]原位生长在泡沫镍上的过渡金属氧化物与金属有机骨架构成的核壳结构复合材料

说明书

本发明涉及原位生长在泡沫镍上的过渡金属氧化物与金属有机骨架构成的核壳结构复合材料。制备方法包括：先制备生长在泡沫镍上的纳米线阵列自组装的花状CoO簇，然后制备生长在泡沫镍上的核壳结构的ZIF‑67@CoO，最后制备生长在泡沫镍上的核壳结构的Co/C‑N@CoO。与现有技术相比，本发明提供的制备方法产物纯度高、分散性好且可控制，工艺步骤简单，易于操作。所制得的核壳结构的过渡金属氧化物与金属有机骨架复合材料生长在泡沫镍基底上，可直接作为超级电容器的电极材料，具有优异的电容性能，可应用在高稳定性，可穿戴电子器件等场合。

技术领域

本发明属于材料学领域，具体来说是一种原位生长在泡沫镍上的纳米线阵列构成的花状过渡金属氧化物与金属有机骨架构成的核壳结构的复合材料及其制备方法和在超级电容器中的应用。

背景技术

随着便携式电子设备的不断发展，电能存储与释放的研究成为当今各国科学家的研究热点。便携式电子器件为了满足使用者需求，正向轻、小、柔性、可折叠，甚至可穿戴的趋势发展。超级电容器是由电极，电解液和集流体组成的储能器件，是性能介于电池和传统电容器的新型储能设备。与传统电容器相比，其具有高功率密度、充电时间短、循环寿命长、环境友好等优点，在移动通信、便携式电子设备、新能源汽车、航空航天以及国防等领域表现出广泛的应用前景。一直以来，研究者们致力于制备即具有机械稳健性又具有较大能量密度和功率密度的超级电容器。基于过渡金属氧化物的赝电容电容器，由于理论比电容高、制备成本低和多重氧化态，是赝电容器最有潜力的材料，但电子传输性差等缺点限制了过渡金属氧化物的赝电容特性，致使电容性能远低于理论值。

发明内容

针对现有过渡金属氧化物存在电子导电性差等一系列的缺点，本发明的目的是提供一种具有良好导电性，高的电容量、高的能量密度和功率密度、自支撑、可弯折的柔性超级电容器及花状核壳结构的复合电极材料的制备方法。

本发明采用的技术方案是：原位生长在泡沫镍上的过渡金属氧化物与金属有机骨架构成的核壳结构复合材料，制备方法包括如下步骤：

1)生长在泡沫镍上的纳米线阵列自组装的花状CoO簇的制备：将钴盐、尿素和氟化氨加入到去离子水中，搅拌混合均匀得混合液，将泡沫镍浸渍到混合液中，然后转移至聚四氟乙烯高压反应釜中，密封后放入烘箱中，升温至100-150℃，反应5-15h，缓慢冷却到室温，静置至少1天后，过滤，洗涤，干燥；所得产物转移至管式炉中，升温至300-400℃，煅烧0.5-1.5h，得生长在泡沫镍上的CoO。

优选的，所述的钴盐为硝酸钴或乙酸钴。

优选的，尿素加入到去离子水中后，终浓度为0.15mol/L。

优选的，氟化氨加入到去离子水中后，终浓度为0.1mol/L。

优选的，密封后放入烘箱中，升温至100℃，反应10h。

优选的，所得产物转移至管式炉中，升温至350℃，煅烧1h。

优选的，管式炉的升温速度为4℃ min^-1，降温速率为5℃ min^-1。

2)生长在泡沫镍上的核壳结构的ZIF-67@CoO的制备：将步骤1)所得生长在泡沫镍上的CoO置于2-甲基咪唑的乙醇和水的混合溶液中，置于玻璃瓶中密封，室温静置反应12-72h，洗涤，干燥，得生长在泡沫镍上的ZIF-67@CoO；

优选的，置于玻璃瓶中密封，室温静置反应24h。

3)生长在泡沫镍上的核壳结构的Co/C-N@CoO的制备：将步骤2)所得生长在泡沫镍上的ZIF-67@CoO转移到瓷舟中，放置在管式炉中，惰性气体保护下，先升温至300-400℃，煅烧2-4h，再继续升温至500-600℃，煅烧1-3h，降至室温，得生长在泡沫镍上的Co/C-N@CoO复合材料。