[发明专利]一种以Co-MOF阵列为前驱体同时制备高性能超级电容器正、负极电极材料的合成方法

说明书

一种以Co‑MOF阵列为前驱体同时制备高性能超级电容器正、负极电极材料的合成方法，首先将摩尔比为1:(3‑9)的Ni(NO₃)₂·6H₂O和2‑MI分别溶于水中，将1*1cm的泡沫镍(NF)或泡沫铁镍(FNF)垂直浸入，得到Co‑MOF@NF和Co‑MOF@FNF。然后将Co‑MOF@NF浸泡到含76mg Ni(NO₃)₂的乙醇溶液，制备CN‑LDH，再浸入含1～12mmol L^‑1的NaVO₃水溶液中静置，得到CNV；将Co‑MOF@FNF浸泡到1～6mg mL^‑1Fe(NO₃)₃·9H₂O水溶液，得到CF‑LDH，再将上述阵列浸入含有1～12mmol L^‑1的NaVO₃水溶液中静置，得到CFV。将CNV或者CFV浸入含有2.5mg mL^‑1～10mg mL^‑1的TAA溶液中，在160℃下反应12h，得到目标产物CNVS‑x或CFVS(x＝TAA溶液浓度/2.5)。本发明提供的基于同一种Co‑MOF前驱体构筑两种三金属硫化物复合材料的制备策略，提高了电子转移速率，增强超级电容器的能量密度。

技术领域

本发明属于功能性纳米复合材料技术领域，具体来说，是一种以Co-金属有机框架材料为前驱体同时制备两种三金属硫化物复合材料的合成方法及其电化学储能应用。

背景技术

超级电容器是一种广泛应用于混合动力汽车、智能电网和柔性电子器件的电化学储能装置，因其功率密度高、寿命长、环境友好、安全性好而受到越来越多的关注。虽然超级电容器具有超高的功率密度，可以在数秒内完成一个完整的充放电循环，但是超级电容器能量密度的表现确实差强人意，一般低于30Wh kg^-1，限制了其进一步的推广和大规模应用。电极材料是超级电容器的核心，因此如何设计高性能的超级电容器正、负电极，制备混合超级电容器件是提高超级电容器件能量密度的有效策略。

金属有机骨架(Metal-organic frameworks,MOFs)，是一种由有机配体和无机离子或团簇通过配位键构成的多孔三维网络材料，因其具有组成、形貌和结构的多样性、高比表面积、丰富可调节的孔结构、高分散的金属中心等优势，因此被认为是制备了超级电容器电极材料的理想前驱体。近年来，利用配位键的可逆性，基于离子交换或液体蚀刻策略，制备MOFs衍生电极材料引起了无数研究者的关注。在MOFs刻蚀过程中,有机配体将会被无机离子和小分子取代以形成自由配位阴离子，无机阴离子和释放的有机配体会在材料内部迁入迁出，这为离子迁移提供了更多的通道，从而实现优异的超级电容器性能。由于MOFs刻蚀过程是一种热力学自发进行的离子交换过程，因此在较低的反应温度就可以完成，使得离子交换方法具有更可控、更简便、更节能的特点，可以作为一种制备高性能正负极电池材料的新途径。

过渡金属硫化物(TMSs)，如Co₉S₈、Ni₃S₂和FeS₂等，因其具有快速的氧化还原活性、高容量存储和循环稳定性，是一类理想的赝电容/电池型电极材料。据报道，TMSs掺杂高价元素，如Mo、W、V等元素，不仅能够产生大量的缺陷位点，提供更多的电活性中心，而且会形成异质结构，提供丰富的通道和孔隙结构，有利于离子的快速扩散和提高氧化还原动力学。因此，设计和调控TMSs的高价元素掺杂，优化产物结构、形态和组成，是构筑高性能电极材料有效策略。

发明内容