[发明专利]一种原位Ni掺杂Co-MOF-74超级电容器电极材料的制备方法

说明书

一种原位Ni掺杂Co‑MOF‑74超级电容器电极材料的制备方法，属于电化学储能技术领域。以MOF‑74为选定MOF材料，利用原位生长的方法对Co‑MOF‑74进行Ni掺杂。以硝酸钴、硝酸镍为钴源、镍源，2.5‑二羟基对苯二甲酸为有机配体，利用水热法原位合成纯的Co‑MOF‑74和Ni掺杂的Co‑MOF‑74，并且研究了不同Ni掺杂量对比电容的影响，展现出了优异的电化学性能。本发明操作简便，成本低，在超级电容器电极材料制备中展现出了潜在的应用价值，为制备具有广泛应用前景的超级电容器指明了方向。

技术领域

本发明涉及一种原位Ni掺杂Co-MOF-74超级电容器电极材料的制备方法，属于电化学储能技术领域。

技术背景

随着电子工业的快速发展和能源问题的日益严峻，新型储能装置逐渐进入人们的视野。由于超级电容器集高功率、长寿命、大容量和环保等优点，使得其在风力发电、新能源汽车以及智能电网中具有广泛的应用前景。根据超级电容器储能机理的不同，可以将其分为双电层电容器(碳材料)和赝电容器(氧化物以及高分子导电聚合物)。由于金属有机骨架材料具有比表面积大，种类多样以及易合成等优点，研究者发现金属有机框架在超级电容器中亦展现出了潜在的应用价值。

金属有机骨架材料(Metal-Oragnic-Framework，亦称MOF)是一种由有机连接体和金属离子或金属团簇通过自组装的方式交联成的具有一维、二维和三维结构的多孔晶体材料，结合了有机和无机化合物的优点。由于其金属离子和配体的多样性，使得其成为潜在的应用材料之一，目前为止，MOFs中的金属离子有Zn²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Pd²⁺、Ru²⁺、Co²⁺等，有机配体可以分为含氮杂环、羧基等连接体，最常见的有对苯二甲酸(H₂BDC)、均苯三甲酸(H₃BDC)等。由于其自身具有大的比表面积、可调的孔径大小以及结构丰富等特点，使得MOFs多孔材料在催化剂、吸附分离、气体存储以及储能领域得到了广泛应用。MOFs作为超级电容器电极材料，具有如下优点：首先，MOFs可以作为电极材料直接应用于超级电容器中；其次，将其作为前驱体在空气中退火可得金属氧化物；而且，将其在惰性气体下退火可以得到碳材料，也可以控制条件得到碳和氧化物的复合材料。

然而，将MOFs直接用作超级电容器电极材料十分有限，现有的MOFs材料作为超级电容器电极材料比容量较低、导电性较差、稳定性较弱，使得MOFs在电化学领域的应用停留在实验室阶段，为了改善这些缺陷，学者们将其和其它材料进行复合和掺杂等对其进行了广泛研究。王的课题组[Journal of the American Chemical Society,137(15),4920-4923]通过电沉积法将聚苯胺沉积在ZIF-67上制备出了交联的多孔材料，其比电容在1A/g时可以达到477F/g；魏的课题组[J.Mater.Chem.A,2014,2,19005]利用水热法向Ni-MOF中掺杂Zn离子制备出了花状的微米球，其比电容在0.25A/g时可以达到1620F/g。尽管国内外研究者们对MOFs的电化学性能进行了广泛研究，有关钴镍金属有机框架电极材料制备方法的技术信息却鲜有报道。

发明内容

本发明是为了解决目前制备MOFs的导电性较差、方法成本高、步骤繁琐以及不适于工业化生产的技术问题，提供了一种原位Ni掺杂Co-MOF-74超级电容器电极材料的制备方法。

一种原位Ni掺杂Co-MOF-74超级电容器电极材料的制备方法：

(1)准备泡沫镍集流体：将泡沫镍在盐酸溶液中超声震荡，然后依次在丙酮、超纯水、乙醇中分别超声震荡，最后干燥，得到洁净的泡沫镍集流体；