一种ZnO@Ni/Co-ZIF储能薄膜的制备方法技术

一种ZnO@Ni/Co

【技术实现步骤摘要】
一种ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜的制备方法


[0001]本专利技术属于电化学储能领域，具体涉及一种ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]随着社会的高速发展，能源消耗日益严重，所以能源的需求也急速增长。但是传统化石能源都是不可再生能源，而且容易导致严重的环境污染，这促使人们越来越重视寻找到更加安全可靠的清洁能源。超级电容器作为一种具有高功率密度、快速充放电能力和长寿命特点的电化学储能设备，为解决能源问题提供新的研究方向。其中，电极材料是超级电容器的关键组分，其结构和组成决定着超级电容器的电化学特性。因此，研发出性能优异、储能性能良好的超级电容器电极材料是当下研究的热点。虽然MOFs材料有着优越的比表面积、结构灵活性和高孔隙率等优点，但是其稳定性和电化学活性差，不易成膜。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是要解决MOFs材料不易成膜和MOFs薄膜电化学活性差的问题，而提供一种ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜的制备方法。
[0004]本专利技术通过模板法和镍/钴离子掺杂相结合，在透明导电基底上原位生长ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜。
[0005]一种ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜的制备方法，是按以下步骤完成的：
[0006]一、制备氧化锌纳米棒阵列：
[0007]以六亚甲基四胺和硝酸锌为溶质，以去离子水为溶剂，制备电解液；对电解液进行恒温水浴加热，采用双电极体系，以透明导电基底作为工作电极，以铂片作为对电极，将工作电极和对电极浸入到电解液中，施加电流进行恒电流阴极沉积，沉积结束，再对工作电极进行洗涤，烘干，在工作电极上得到氧化锌纳米棒阵列；
[0008]二、刻蚀：
[0009]以乙二胺为溶质，以去离子水为溶剂，制备乙二胺水系电解液；对乙二胺水系电解液进行恒温水浴加热，采用双电极体系，以氧化锌纳米棒阵列作为工作电极，以铂片作为对电极，将工作电极和对电极浸入到乙二胺水系电解液中，施加恒电流进行阴极刻蚀，刻蚀结束，对工作电极进行洗涤，烘干，得到ZnO NT阵列；
[0010]三、水热反应：
[0011]①
、将2
‑
甲基咪唑加入到N,N
‑
二甲基甲酰胺/水的混合液中，超声分散，再加入六水合硝酸镍和六水合硝酸钴，超声分散，得到反应液；
[0012]②
、将反应液转移到水热反应釜中，再将ZnO NT阵列浸入到反应液中，将水热反应釜密封并升温至70℃～80℃，在70℃～80℃下水热反应，得到反应产物；对反应产物进行洗涤，烘干，得到ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜。
[0013]本专利技术的上述技术方案具有如下优点：
[0014]一、本专利技术通过以ZnO NT阵列为模板，制备得到ZnO@Ni/Co
‑
ZIF薄膜；通过电化学
沉积和水热法相结合，成功制备MOF薄膜；MOFs薄膜拥有着非常大的比表面积和丰富的孔道结构，又结合了过渡金属镍和钴对优化电容器性能的影响，使复合电极的循环稳定性增强、储能增加；
[0015]二、本专利技术通过扫描电子显微镜(SEM)对中间产物和最终产物进行表征，制备得到氧化锌纳米棒阵列(ZnO NR阵列)、ZnO NT阵列以及ZnO@Ni/Co
‑
ZIF薄膜；其中，ZnO@Ni/Co
‑
ZIF呈现棱形正十二面；在1mol/L KOH电解液中对ZnO@Ni/Co
‑
ZIF薄膜施加恒流充放电测试，薄膜表现呈现电池性充放电平台，氧化还原反应可逆性好，具有优异的库伦效率；ZnO@Ni/Co
‑
ZIF薄膜具有超高的面积比电容17.6mF/cm2(0.06mA/cm2)，在大电流(0.6mA/cm2)下面电容保持了65.9％；对薄膜施加50mV/s扫描速率，进行1500圈循环稳定性测试，在第一圈比电容在11.9mF/cm2，在120圈时达到13.3mF/cm2，在1～120圈存在一个活化过程，在120圈后出现衰减，最后1500圈比电容为10.0mF/cm2，面电容保持率达到84.0％，具有特别优异的电化学稳定性(第一圈/最后一圈)。
[0016]本专利技术可获得一种ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜的制备方法。
附图说明
[0017]图1为实施例1制备的ZnO NR阵列表面扫描电镜照片；
[0018]图2为实施例1制备的ZnO NT阵列表面扫描电镜照片；
[0019]图3为实施例1制备的ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜表面扫描电镜照片；
[0020]图4为实施例1制备的ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜在不同电流密度下的恒流充放电曲线，图中1的电流密度为0.06mA/cm2，2的电流密度为0.08mA/cm2，3的电流密度为0.13mA/cm2，4的电流密度为0.25mA/cm2，5的电流密度为0.60mA/cm2；
[0021]图5为实施例1制备的ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜在不同电流密度下的面积电容；
[0022]图6为实施例1制备的ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜在50mV/s扫描速率下，1500圈循环伏安曲线，图中1为1圈，2为50圈，3为100圈，4为500圈，5为1000圈，6为1500圈；
[0023]图7为实施例1制备的ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜在50mV/s扫描速率下，1500圈面电容衰减测试图。
具体实施方式
[0024]以下实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本专利技术的范围。
[0025]具体实施方式一：本实施方式一种ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜的制备方法是按以下步骤完成的：
[0026]一、制备氧化锌纳米棒阵列：
[0027]以六亚甲基四胺和硝酸锌为溶质，以去离子水为溶剂，制备电解液；对电解液进行恒温水浴加热，采用双电极体系，以透明导电基底作为工作电极，以铂片作为对电极，将工作电极和对电极浸入到电解液中，施加电流进行恒电流阴极沉积，沉积结束，再对工作电极进行洗涤，烘干，在工作电极上得到氧化锌纳米棒阵列；
[0028]二、刻蚀：
[0029]以乙二胺为溶质，以去离子水为溶剂，制备乙二胺水系电解液；对乙二胺水系电解液进行恒温水浴加热，采用双电极体系，以氧化锌纳米棒阵列作为工作电极，以铂片作为对电极，将工作电极和对电极浸入到乙二胺水系电解液中，施加恒电流进行阴极刻蚀，刻蚀结束，对工作电极进行洗涤，烘干，得到ZnO NT阵列；
[0030]三、水热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜的制备方法，其特征在于一种ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜的制备方法是按以下步骤完成的：一、制备氧化锌纳米棒阵列：以六亚甲基四胺和硝酸锌为溶质，以去离子水为溶剂，制备电解液；对电解液进行恒温水浴加热，采用双电极体系，以透明导电基底作为工作电极，以铂片作为对电极，将工作电极和对电极浸入到电解液中，施加电流进行恒电流阴极沉积，沉积结束，再对工作电极进行洗涤，烘干，在工作电极上得到氧化锌纳米棒阵列；二、刻蚀：以乙二胺为溶质，以去离子水为溶剂，制备乙二胺水系电解液；对乙二胺水系电解液进行恒温水浴加热，采用双电极体系，以氧化锌纳米棒阵列作为工作电极，以铂片作为对电极，将工作电极和对电极浸入到乙二胺水系电解液中，施加恒电流进行阴极刻蚀，刻蚀结束，对工作电极进行洗涤，烘干，得到ZnO NT阵列；三、水热反应：
①
、将2
‑
甲基咪唑加入到N,N
‑
二甲基甲酰胺/水的混合液中，超声分散，再加入六水合硝酸镍和六水合硝酸钴，超声分散，得到反应液；
②
、将反应液转移到水热反应釜中，再将ZnO NT阵列浸入到反应液中，将水热反应釜密封并升温至70℃～80℃，在70℃～80℃下水热反应，得到反应产物；对反应产物进行洗涤，烘干，得到ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜。2.根据权利要求1所述的一种ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜的制备方法，其特征在于步骤一中所述的电解液中六亚甲基四胺和硝酸锌的浓度相等，浓度为5mmol/L～6mmol/L；步骤一中对电解液进行恒温水浴加热至70℃～80℃。3.根据权利要求1所述的一种ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜的制备方法，其特征在于步骤一中施加的流密度为0.2mA/cm2～0.4mA/cm2；步骤一中所述的沉积的时间为1700～1900s；步骤一中依次使用去离子水和无水乙醇对工作电极进行洗涤。4.根据权利要求1所述的一种ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜的制备方法，其特征在于步骤二中所述的乙二胺水系电解液的浓度为0.03mol/L～0.04mol/L；步骤二中对乙二胺水系电解液进行恒温水浴加热至70℃～80℃。5.根据权利要求1所述的一种ZnO@Ni/Co
‑
ZIF储能薄膜的制备方法，其特征在于步骤二中施加恒电流的电流密度为1.0～1.5μA/cm2；步骤二中...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲慧颖，黄秋丽，刘学安，周岚，徐美燕，童张法，纪红兵，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：