[发明专利]一种中空纳米笼复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种中空纳米笼复合材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：在惰性气体的保护下，将ZIF‑67进行高温热处理得到ZIF‑67/C；将ZIF‑67/C和钴源超声分散在有机溶剂中，进行溶剂热反应，反应结束后冷却至室温，产物经洗涤、干燥，得到Co‑Co LDH/C中空纳米笼；将镍源、碳酸氢铵、Co‑Co LDH/C中空纳米笼超声分散在乙醇中，在室温下搅拌反应，产物经离心，洗涤，干燥，即可得到Co‑Co LDH/C/Ni(OH)₂中空纳米笼复合材料，其具有优异的电化学性能进而使其能够应用于超级电容器电极材料中，同时该制备方法工序简单、成本低廉、条件温和、绿色环保等优点。

技术领域

本发明属于纳米复合材料制备技术和电化学交叉领域，涉及一种中空纳米笼复合材料及其制备方法和应用，具体涉及一种Co-Co LDH/C、Co-Co LDH/C/Ni(OH)₂中空纳米笼复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

作为能量存储装置，与电池相比，超级电容器具有高功率密度和长循环寿命的优点而被认为是最有前景的能量存储设备之一。作为一种典型的赝电容电极材料，氢氧化镍(Ni(OH)₂)因其低成本，好的环境相容性，碱性电解液中明确的氧化还原行为和高理论比电容(2082F g^-1)成为一种具有吸引力的电极材料。然而，由于本身较差的电子传导性，易于团聚的特性和差的循环稳定性，其实际的比电容值远离理论值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中空纳米笼复合材料及其制备方法和应用，具体为一种Co-Co LDH/C、Co-Co LDH/C/Ni(OH)₂中空纳米笼复合材料及其制备方法和应用，通过合理的结构设计，制备得到中空纳米笼结构的Co-Co LDH/C，再将Ni(OH)₂纳米点均匀负载在Co-Co LDH/C中空纳米笼的片层上形成的中空纳米笼复合材料，有效的提高了电极材料的比表面积、导电性、分散性和结构稳定性，从而显著提高了材料的电化学性能。

本发明采用的技术方案为：

一种Co-Co LDH/C中空纳米笼复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)在惰性气体的保护下，将ZIF-67进行高温热处理得到ZIF-67/C；

(2)将ZIF-67/C和钴源超声分散在有机溶剂中，进行溶剂热反应，反应结束后冷却至室温，产物经洗涤、干燥，得到Co-Co LDH/C中空纳米笼复合材料，其为含碳的类水滑石Co-Co层状双金属氢氧化物材料，材料的片层边对面堆叠组装成中空纳米笼；

步骤(1)中，所述高温热处理的条件为：以1-3℃/min加热速率在350-500℃下进行热处理1-5h，优选为以1℃/min加热速率在400-450℃下进行热处理2-3h；所述惰性气体为氮气。

步骤(2)中，所述ZIF-67/C、钴源的重量比为1：1-5，优选为1:4；所述钴源在有机溶剂中的浓度为2～10mg/mL，优选为3～4mg/mL。

步骤(2)中，所述溶剂热反应的条件为80-120℃反应1-5h，优选为90-100℃反应2-4h。

步骤(2)中，所述钴源为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴中的至少一种，优选为硝酸钴；

所述有机溶剂为乙醇、甲醇、N-N二甲基甲酰胺中的至少一种，优选为乙醇。

本发明还提供了一种Co-Co LDH/C/Ni(OH)₂中空纳米笼复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将镍源、碳酸氢铵、上述制备方法制备得到的Co-Co LDH/C中空纳米笼材料超声分散在乙醇中，在室温下搅拌反应，产物经离心，洗涤，干燥，即可得到Co-Co LDH/C/Ni(OH)₂中空纳米笼复合材料。