[发明专利]一种以钒钨酸为模板的金属有机纳米管晶体材料的制备方法和应用

说明书

一种以钒钨酸为模板的金属有机纳米管晶体材料的制备方法和应用，它涉及金属有机纳米管晶体材料的制备方法和应用。本发明的目的是要解决传统的赝电容电极材料RuOsubgt;2/subgt;本身的毒性和昂贵的价格限制了其广泛应用的问题，为超级电容器提供一种价格低廉的非贵金属电极材料。方法：一、制备反应液；二、调节pH值；三、溶剂热合成。一种以钒钨酸为模板的金属有机纳米管晶体材料作为超级电容器电极材料使用。本发明采用了溶剂热合成法，制备方法简单且成本低廉，为超级电容器电极材料开发了新途径。本发明可获得一种以钒钨酸为模板的金属有机纳米管晶体材料。

技术领域

本发明涉及金属有机纳米管晶体材料的制备方法和应用。

背景技术

随着能源需求的迅速增长和化石燃料的逐渐枯竭，清洁、高效的新型能源和储能系统对于满足未来发展所需的低碳和可持续经济密切相关。在各种新型能源和储能系统中，超级电容器是一种功率密度高、能量密度高、倍率性能优异、充放电快速、循环寿命长的安全绿色的能源转化和存储装置。其中，赝电容器具有比双电层电容器更高的比电容、耐用性等电化学性能优势，受到了广泛的关注。高性能超级电容器的关键部分是电极材料的设计和构建。RuO₂是传统的赝电容电极材料，但其本身的毒性和昂贵的价格限制了其广泛的应用。因此，制备高电化学性能、环境友好、成本低廉的电极材料是实现高性能赝电容器的核心。

多酸基金属有机框架(Polyoxometalate-based metal-organic frameworks,POMOFs)是一类将POMs阴离子有规律地排列在MOFs晶格中的长程有序的材料，结合了多酸和金属有机框架的优点。不仅保持了多酸快速可逆的多电子转移过程，而且增强了多酸的稳定性，使它们在超级电容器领域有广泛的应用前景。

本发明提供的一种以钒钨酸为模板的金属有机纳米管晶体材料的制备方法和应用，制备方法环境友好，成本低廉。制备所得到的金属有机纳米管晶体材料具有较好的比电容和循环稳定性。

发明内容

本发明的目的是要解决传统的赝电容电极材料RuO₂本身的毒性和昂贵的价格限制了其广泛应用的问题，为价格低廉的非贵金属超级电容器电极材料，而提供一种以钒钨酸为模板的金属有机纳米管晶体材料的制备方法和应用。

一种以钒钨酸为模板的金属有机纳米管晶体材料的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、制备反应液：

将钒钨酸和金属银盐溶解到去离子水中，再加入1H-1,2,4-三氮唑，搅拌反应，再滴加无水乙醇继续搅拌反应，得到反应液；

二、调节pH值：

将反应液的pH值调节至3.30～3.33，得到pH值为3.30～3.33的反应液；

三、将pH值为3.30～3.33的反应液加入到聚四氟乙烯的反应釜中，再在温度为160℃下反应4天～5天，冷却至室温，得到橘红色多面体片状晶体即为以钒钨酸为模板的金属有机纳米管晶体材料。

一种以钒钨酸为模板的金属有机纳米管晶体材料作为超级电容器电极材料使用。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

一、本发明一种以钒钨酸为模板的金属有机纳米管晶体材料，在其晶体结构中，Keggin型钒钨酸作为八齿连接的模板剂，被囊包在由Ag-trz构筑的金属-配体纳米管结构中，进一步，相邻的金属-配体纳米管通过共边连接，形成结构复杂的三维纳米管状多酸基金属有机框架晶体材料；本发明通过加入少量无水乙醇，采用溶剂热条件向反应体系中引入1H-1,2,4-三氮唑配体的方法，制备了以钒钨酸为模板的金属有机纳米管晶体材料；这种材料作为超级电容器电极材料时，结果表明其具有良好的比电容和较高的循环稳定性，在酸性条件下，比电容可达到130F·g^-1，并且在循环测试1000圈恒流充放电测试后的电容保持率为80.2％；