[发明专利]一种rGO包覆MOFs衍生TiO2

说明书

本发明公开了一种rGO包覆MOFs衍生TiO2@C结构材料的制备方法，1)将MIL‑125与氧化石墨烯(GO)分散于N‑甲基吡咯烷酮(NMP)与去离子水的混合溶液中，混合均匀，得到混合反应液；2)将混合反应液于高压反应釜中150‑200℃至反应完全，得到混合产物；3)将混合产物离心洗涤和干燥后，得到黑色沉淀物；4)惰性氛围下，将黑色沉淀物煅烧，干燥后即得rGO包覆TiO2@C结构材料。本发明还提供了基于上述方法制备的rGO包覆MOFs衍生TiO2@C结构材料及其应用。将所制备材料应用于超级电容器，在新能源领域，具有充电速度快，循环寿命长，制备简单等优势。

技术领域：

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种rGO包覆MOFs衍生TiO₂@C结构材料的制备方法及应用。

背景技术：

近年来，因超级电容器在实际应用中具有较快的充放电速率、较高的能量密度、优良的可逆性以及长循环寿命而备受关注。这些特点使超级电容器成为极具前景的能量储存设备，广泛应用于新能源汽车、太阳能体系及智能电网等。根据能量储存机制，超级电容器一般分为两类，其中，基于法拉第反应的赝电容型超级电容器具有较高的比容量。一般来说，该类电容器的电极材料一般为过渡金属氧化物和导电聚合物。RuO₂、MnO₂、NiO、V₂O₅、Co₃O₄和TiO₂因具有较高的比容量、能量密度和功率密度，广泛用作赝电容型电容器材料。在上述材料中，TiO₂因其具有良好的电化学稳定性、无毒性、自然资源丰富且成本低，成为最具前景的材料。然而，TiO₂的导电性较差，其比容量随着扫描速率的升高急剧下降，使其应用受限。

石墨烯是由碳原子组成的六角蜂窝状结构的单层纳米材料，具有优异的物理化学性能。石墨烯作为超级电容器理想的电极材料，还可以作为理想基体材料制备石墨烯基复合材料用于超级电容器。因此，TiO₂和石墨烯复合材料可以大大提高超级电容器电极材料的性能。

目前，现有技术存在的问题是：仅有极少数研究TiO₂和石墨烯复合材料用于超级电容器，且所研究材料依然因其较差导电性使比容量较低，无法满足超级电容器需求；复合材料中所用TiO₂材料无特殊结构特性，对复合材料性能提高无特殊贡献。

发明内容：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种rGO包覆MOFs衍生TiO₂@C结构材料的制备方法，包括：

1)将MIL-125与氧化石墨烯(GO)分散于N-甲基吡咯烷酮(NMP)与去离子水的混合溶液中，混合均匀，得到混合反应液；

2)将混合反应液于高压反应釜中150-200℃至反应完全，得到混合产物；

3)将混合产物离心洗涤和干燥后，得到黑色沉淀物；

4)惰性氛围下，将黑色沉淀物煅烧，干燥后即得rGO包覆TiO₂@C结构材料。

在根据本发明的一个实施方案中，所述MIL-125与氧化石墨的质量比为1：2-3；所述混合溶剂中NMP与去离子水的体积比为1:1。

在根据本发明的一个实施方案中，以mg:ml计，所述MIL-125的用量与混合溶液的比例为1:2。

在根据本发明的一个实施方案中，所述MIL-125是通过包括下述步骤的方法制备的，

a)配制将无水甲醇与N-N二甲基甲酰胺以1：9的体积比混合制备有机溶剂；

b)将适量对苯二甲酸、钛酸异丁酯溶于所述有机溶剂中，混合超声搅拌后使溶液呈透明，得反应液；