用于超级电容器的高负载量NiCo-MOF/NF纳米片电极的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于超级电容器的高负载量NiCo

【技术实现步骤摘要】
用于超级电容器的高负载量NiCo
‑
MOF/NF纳米片电极的制备方法


[0001]本专利技术属于新型能源储存器件组装
，涉及一种用于超级电容器的高负载量NiCo
‑
MOF/NF纳米片电极的制备方法。

技术介绍

[0002]为了解决工业迅速发展带来的能源危机和全球变暖，需要开发能源储存的新材料和新技术，以提供成本效益高、环境友好的新能源。近年来，能源转换和储存技术得到了研究人员的广泛关注并取得了不错的成就，如超级电容器、燃料电池，锂离子电池等已经应用于交通、电子设备、工业等方面。对于超级电容器性能来说，电极材料至关重要。因此，开发高效、稳定的电极材料成为了研究的重点和难点。而电极材料中的面积比电容指单位面积的活性物质所能放出的电量，面积比电容越高，超级电容器性能越好。
[0003]金属有机框架材料(MOF)由于其结构多样而且可调、孔隙丰富和多功能位点的特点，或将成为新一代电极材料。MOF由于其微孔和/或中孔的性质，为离子传输提供了有效通道，有助于实现高效的电荷存储。其丰富的金属中心为氧化还原反应提供了多功能反应位点。MOF由金属中心离子和配体合成，控制反应环境可以合成具有各种孔径特点的框架结构。然而，低电导率会阻碍MOF粒子间的电子传输，限制了其直接作为超级电容器电极材料的应用。控制MOF形貌是提高其电化学性质包括电子传输的一种重要而有效的手段。
[0004]现有技术的Ni2Co
‑
MOF(Ni/Co
‑
based metal organic frameworks rapidly synthesized in ambient environment for high energy and power hybrid supercapacitors,Appl Surf Sci.528(2020)146920.doi:10.1016/j.apsusc.2020.146920.)、Ni
‑
MOF@CNT(In
‑
situ synthesis of Ni
‑
MOF@CNT on graphene/Ni foam substrate as a novel self
‑
supporting hybrid structure for all
‑
solid
‑
state supercapacitors with a high energy density,J Electroanal Chem.848(2019)113301.doi:10.1016/j.jelechem.2019.113301.)、Cu
‑
MOF(Effects of water content on electrochemical capacitive behavior of nanostructured Cu3(BTC)2MOF prepared in aqueous solution,Electrochim Acta.368(2021)137616.doi:10.1016/j.electacta.2020.137616.)等电极材料中活性物质MOF的负载量较低，多为2mg cm
‑2，从而导致其面积比电容较低。如果电极材料具有高负载量，通常意味着可提供更多的反应位点，从而可以提高电极材料的电化学性质。但是保持电极材料特殊形貌(如超薄纳米片)的同时保持高负载量是不易实现的。
[0005]因此，设计一种具有高负载量的纳米片电极材料具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术方案的不足，本专利技术为制备用于超级电容器的高负载量超薄NiCo
‑
MOF/NF纳米片电极提供了一种新的方法：以Co(OH)2为模板，对苯二甲酸(PTA)和均苯
三甲酸(BTC)为配体，在泡沫镍上原位生长了一种高负载量、超薄NiCo
‑
MOF纳米片。Co(OH)2模板的重量和配体的配比共同决定了所制备的NiCo
‑
MOF的形貌。Co(OH)2模板的重量在决定泡沫镍上NiCo
‑
MOF活性材料的负载量方面起了重要的作用。该制备方法操作简单、无需复杂设备、成本低廉；得到的产品表现出优异的面积比电容，所组超级电容器具有能量密度高、循环使用寿命长的优点。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的方案如下：
[0008]一种用于超级电容器的高负载量NiCo
‑
MOF/NF纳米片电极的制备方法，以Co(OH)2为模板，利用对苯二甲酸(PTA)和/或均苯三甲酸(BTC)作为配体，在泡沫镍NF片上原位生长NiCo
‑
MOF纳米片，得到所述高负载量NiCo
‑
MOF/NF纳米片电极；
[0009]所述泡沫镍NF片上NiCo
‑
MOF纳米片的负载量为10～16.1mg cm
‑2；所述NiCo
‑
MOF纳米片的厚度为40～800nm。
[0010]作为优选的技术方案：
[0011]如上所述的一种用于超级电容器的高负载量NiCo
‑
MOF/NF纳米片电极的制备方法，优选地，配体中，对苯二甲酸(PTA)和均苯三甲酸(BTC)的物质的量之比为8:2。
[0012]如上所述的一种用于超级电容器的高负载量NiCo
‑
MOF/NF纳米片电极的制备方法，具体步骤如下：
[0013](1)采用三电极电化学沉积技术，依托辰华电化学工作站平台，在一定条件下电沉积电解液，得到沉积了Co(OH)2纳米片的Co(OH)2/NF；
[0014]所述三电极电化学沉积技术中，电解液为Co(NO3)2·
6H2O溶液，工作电极为泡沫镍NF片；
[0015](2)将步骤(1)中的Co(OH)2/NF放入均相溶液中进行充分反应，反应温度为120℃，反应时间为6小时；
[0016]所述均相溶液是由Ni(NO3)2·
6H2O、Co(NO3)2·
6H2O、所述配体和溶剂构成的混合物；
[0017](3)将步骤(2)中反应后的Co(OH)2/NF取出自然冷却至室温(25℃)，然后进行洗涤和干燥，获得所述高负载量NiCo
‑
MOF/NF纳米片电极；
[0018]所述洗涤是采用DMF溶液洗涤数次；所述干燥的温度为60℃(干燥时间大于12小时)。
[0019]如上所述的一种用于超级电容器的高负载量NiCo
‑
MOF/NF纳米片电极的制备方法，步骤(1)中，所述三电极电化学沉积技术为：在三电极电沉积池中装入Co(NO3)2·
6H2O溶液作为电解液，饱和甘汞电极作为参比电极，对电极为铂片，工作电极为泡沫镍NF片；控制电解液相较于工作电极过量即可；所述过量以沉积需要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超级电容器的高负载量NiCo
‑
MOF/NF纳米片电极的制备方法，其特征是：以Co(OH)2为模板，利用对苯二甲酸和/或均苯三甲酸作为配体，在泡沫镍NF片上原位生长NiCo
‑
MOF纳米片，得到所述高负载量NiCo
‑
MOF/NF纳米片电极；所述泡沫镍NF片上NiCo
‑
MOF纳米片的负载量为10～16.1mg cm
‑2；所述NiCo
‑
MOF纳米片的厚度为40～800nm。2.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的高负载量NiCo
‑
MOF/NF纳米片电极的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)采用三电极电化学沉积技术电沉积电解液，得到沉积了Co(OH)2纳米片的Co(OH)2/NF；所述三电极电化学沉积技术中，电解液为Co(NO3)2·
6H2O溶液，工作电极为泡沫镍NF片；(2)将步骤(1)中Co(OH)2/NF放入均相溶液中进行充分反应；所述均相溶液是由Ni(NO3)2·
6H2O、Co(NO3)2·
6H2O、所述配体和溶剂构成的混合物；(3)将步骤(2)中反应后的Co(OH)2/NF取出自然冷却至室温，然后进行洗涤和干燥，获得所述高负载量NiCo
‑
MOF/NF纳米片电极。3.根据权利要求2所述的一种用于超级电容器的高负载量NiCo
‑
MOF/NF纳米片电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述三电极电化学沉积技术为：在三电极电沉积池中...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫润楣，史雪荣，徐书生，黄思敏，王奕洁，弓文君，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：