[发明专利]一种电沉积MOF衍生的HKUST-1-LDH超级电容器电极材料及其制备方法

说明书

本发明属于电化学能量存储领域，涉及一种电沉积MOF衍生的HKUST‑1‑LDH超级电容器电极材料及其制备方法。首先以碳布为基底，利用三水合硝酸铜和1，3，5‑均苯三甲酸通过溶剂热法制备原位生长的MOF材料CC/HKUST‑1(Cu‑MOF)，然后通过电化学沉积法一步刻蚀CC/HKUST‑1材料，得到具有三维海胆状结构CC/HKUST‑1‑LDH复合纳米材料。本发明通过简单可控的电化学沉积法克服了传统水热法刻蚀中材料易堆积、分布不均的问题，制备材料制备方法简单，易实施，在载体表面均匀分布，具有较大的BET比表面积，充放电时间长，比电容高，循环稳定性好。

技术领域

本发明属于能量存储的超级电容器电极材料技术领域，具体涉及一种电沉积MOF衍生的HKUST-1-LDH超级电容器电极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，能源消耗，环境污染给人类带来了生存危机引起了全球关注，并激发研究人员探索清洁，高效，低能耗，可再生能源和性能卓越的新存储技术。超级电容器（SC）是一种介于传统电容器和能源存储装置的新型储能装置。其比传统的电容器具有容量大、快速的充电/放电效率，高功率密度、出色的耐用性，循环寿命高和环境友好等特点。

金属有机框架材料(MOFs)是由金属离子/离子簇和有机配体自组装形成的具有无限延伸的三维多孔网络结构，其具有高的比表面积，丰富的孔隙率、可控的结构等，是不可多得的理想电极材料之一。虽然MOFs作为超级电容器的电极材料取得了一定的进展，但是由于MOFs材料较低的电导率和比电容，限制了其在电化学储能领域中的应用。为克服弊端，通过不同的衍生方法，将MOFs转变为多种功能材料，扩大了应用范围。

过渡金属层状双氢氧化物（LDH）是一种具有二维层状结构的电化学材料，其特殊结构有利于离子交换和电荷转移，同时具有较高的比容量等特点。但是，LDH较低的电导率和较差的循环性能阻碍了其作为电极材料的发展。以MOFs为模板，通过离子聚集和刻蚀法处理，将MOFs衍生成具有多级异质结构的LDH复合纳米材料，一方面能够提高材料的稳定性、提高电导率和循环性，另一方面较大的比表面积可以提供更多的活性位点，缩短离子扩散距离，加速电化学过程，从而显著提高电化学性能。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目是公开一种电沉积MOF衍生的HKUST-1-LDH超级电容器电极材料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种电沉积MOF衍生的HKUST-1-LDH超级电容器电极材料的制备方法，首先以碳布为基底，利用三水合硝酸铜和1，3，5-均苯三甲酸通过溶剂热法制备原位生长的MOF材料CC/HKUST-1(Cu-MOF)，然后通过电化学沉积法一步刻蚀CC/HKUST-1材料，得到具有三维海胆状结构CC/HKUST-1-LDH复合纳米材料。

所述原位生长的MOF材料CC/HKUST-1(Cu-MOF)的制备方法为：

1)碳布的处理：首先，将碳布裁剪为1*2cm²大小，再将碳布置于含有浓硝酸溶液的聚四氟乙烯反应釜内衬中，将其密封完整置入烘箱内，烘箱温度保持(100℃~140℃)，并保温1~4h。待自然降温后，用丙酮，去离子水，无水乙醇反复超声清洗30min，室温干燥后静置备用；

2)将预处理好的碳布(CC)，可溶性铜盐三水合硝酸铜(0.24~0.49g)，有机配体1，3，5-均苯三甲酸(0.12~0.24g)、去离子水(2.5~5mL)、乙醇(2.5~5mL)、N，N-二甲基甲酰胺(2mL)、冰醋酸(0~3mL)，常温混合搅拌(10~30 min)，所得混合溶液A；

(3)将混合溶液A密封后放入烘箱内程序升温，稳定在50~100 ℃进行溶剂热反应，自生压力下反应12~72 h，然后再以5 ℃/min的速率降至室温，所得样品用水和乙醇洗涤，室温干燥后得到以碳布为基底的蓝色块状Cu-MOF材料(CC/Cu-MOF)。