一种聚乳酸外消旋共混物掺杂NH2-MIL-88电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种聚乳酸外消旋共混物掺杂NH2‑

【技术实现步骤摘要】
一种聚乳酸外消旋共混物掺杂NH2‑
MIL
‑
88电极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种电极材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种聚乳酸外消旋共混物掺杂NH2‑
MIL
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88电极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]风能、太阳能等可再生能源的快速储存和利用，关系到未来能源体系结构的调整。超级电容器快速充放电的特点，对绿色能源的发展具有推动作用。近年来，金属
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有机骨架(MOF)以其具有高比表面积、可调的化学和物理性质活性位点多等特点的纳米多孔结构而闻名，在能源存储和转化、环境修复和催化等诸多应用领域引起了人们的极大兴趣。尤其是将聚合物掺杂进入MOF材料之后所得复合材料在超级电容器领域表现出了突出的应用潜能。但大部分MOFs因导电性及稳定性较差，在电化学领域的应用受到限制。现有研究表明，MOFs在惰性气氛(如Ar、N2)中进行热解，可以得到具有良好导电性、高比表面积及孔道结构均匀分布的纳米多孔碳材料C
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MOFs，作为超级电容器时可以获得更优异的电化学性能和较长的循环寿命。相较于将MOFs材料直接碳化，将高分子聚合物与MOF复合后，衍生碳化所得的电极材料也引起了业内研究人员的关注。例如，CN108010732A公开了一种应用于超级电容器的新纳米复合材料的制备，解决了以往出现的铁钴双金属氧化物导电性能差的缺陷，以获得良好的储能特性的超级电容器材料，电极材料表现出优异的比电容性能，以及良好的倍率特性，要优于以往报道中铁酸钴纳米复合材料的比电容性能。CN112735838A公开了一种氮磷共掺杂多孔碳P@ZIF
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8及其制备方法和应用。该复合材料以1,3,5
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三(4
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氨苯基)苯，对苯二甲醛和DOPO合成的聚合物微球作为内核，在室温条件下，用甲醇做溶剂，采用直接沉淀法合成金属有机框架ZIF
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8作为外壳，形成的复合材料经过高温段煅烧后，可以作为超级电容器的电极材料使用。
[0003]但是，以上专利技术当聚合物掺杂进入MOF材料作为超级电容器电极材料使用时，均存在对聚合物种类要求过高、工艺复杂、成本高昂等问题。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术旨在提供一种生产成本低且电化学性能良好的聚乳酸外消旋共混物掺杂NH2‑
MIL
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88电极材料；本专利技术的另一目的在于提供一种工艺简单、成本较低的聚乳酸外消旋共混物掺杂NH2‑
MIL
‑
88电极材料及其制备方法；本专利技术的另一目的在于提供一种聚乳酸外消旋共混物掺杂NH2‑
MIL
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88电极材料在超级电容器中的应用。
[0005]技术方案：本专利技术通过向具有有序多孔结构的NH2‑
MIL
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88中复合加入能够形成立构复合晶的聚乳酸外消旋共混物，并进行碳化，得到性能优异的超级电容用电极材料，其原理在于，当NH2‑
MIL
‑
88中引入聚乳酸外消旋共混物后，NH2‑
MIL
‑
88的结构与性能会发生变化。首先，聚乳酸外消旋共混物的引入增加了NH2‑
MIL
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88孔道内的比表面积；其次，NH2‑
MIL
‑
88孔道内的聚乳酸外消旋共混物更容易形成立构复合晶，使得聚乳酸分子链间的排列更为
紧密；再次，聚乳酸分子链能与NH2‑
MIL
‑
88配体上的氨基产生相互作用，保证了后续碳化过程中复合材料结构的稳定性。鉴于以上原因，NH2‑
MIL
‑
88/PLLA/PDLA碳化后，分层微孔结构将提供更多的电子和离子传输通道，电极中发生氧化还原反应的活性中心也将增多，从而表现出优异的比电容性能。
[0006]具体方案如下：
[0007]一种聚乳酸外消旋共混物掺杂NH2‑
MIL
‑
88电极材料，原料按质量百分比包括：
[0008]聚左旋乳酸
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5～25％；
[0009]聚右旋乳酸
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5～25％；
[0010]NH2‑
MIL
‑
88
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
50～90％；
[0011]所述NH2‑
MIL
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88为由九水硝酸铁和2
‑
氨基对苯二甲酸水合制备得到。
[0012]进一步地，所述聚左旋乳酸和聚右旋乳酸的数均分子量均为20～25kg/mol。
[0013]更进一步地，所述聚乳酸外消旋共混物与NH2‑
MIL
‑
88的质量比为0.2～1：1。
[0014]上述一种聚乳酸外消旋共混物掺杂NH2‑
MIL
‑
88电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015](1)将九水硝酸铁和2
‑
氨基对苯二甲酸分别溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺中，然后在室温环境下均匀搅拌至溶液澄清；
[0016](2)将上述两种溶液加入反应釜中加热，进行水合反应；待自然冷却，用DMF离心洗涤得到的红棕色沉淀物，干燥，得到含有金属铁的多孔有机金属框架材料NH2‑
MIL
‑
88；
[0017](3)称取聚左旋乳酸和聚右旋乳酸分别溶解在有机溶剂中，随后将二者混合并搅拌，得到PLLA/PDLA外消旋共混物溶液，最后将NH2‑
MIL
‑
88缓慢加入到PLLA/PDLA溶液中，搅拌离心，去掉上清液，得到沉淀物；
[0018](4)用氯仿将得到的沉淀物离心洗涤，最终沉淀物在干燥后得到复合材料NH2‑
MIL
‑
88/PLLA/PDLA；
[0019](5)将复合材料NH2‑
MIL
‑
88/PLLA/PDLA加热烧结5～8h；
[0020](6)自然冷却，得到NH2‑
MIL
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88/PLLA/PDLA的碳化粉末。
[0021]进一步地，步骤(2)中，所述水合反应温度为120～150℃，时间为20～24h；所述DMF离心洗涤次数为3～5次；干燥温度为80～100℃，干燥时间为24～30h。
[0022]进一步地，步骤(3)中，所述有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷和丙酮中的一种，所述搅拌速度为300～500rpm，搅拌时间为50～70min；所述离心转速为6000～8000rpm，离心时间为5～10min。
[0023]进一步地，步骤(4)中，所述离心洗涤次数为3～5次，离心转度为6000～8000rpm，离心时间为5～1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚乳酸外消旋共混物掺杂NH2‑
MIL
‑
88电极材料，其特征在于：原料按质量百分比包括：聚左旋乳酸
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5~25%；聚右旋乳酸
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5~25%；NH2‑
MIL
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88
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
50~90%；所述NH2‑
MIL
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88由九水硝酸铁和2
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氨基对苯二甲酸水合制备得到。2.根据权利要求1所述的聚乳酸外消旋共混物掺杂NH2‑
MIL
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88电极材料，其特征在于：所述聚左旋乳酸和聚右旋乳酸的数均分子量均为20~25 kg/mol。3.根据权利要求1所述的聚乳酸外消旋共混物掺杂NH2‑
MIL
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88电极材料，其特征在于：所述聚乳酸外消旋共混物与NH2‑
MIL
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88的质量比为0.2~1：1。4.一种权利要求1
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3任一所述的聚乳酸外消旋共混物掺杂NH2‑
MIL
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88电极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将九水硝酸铁和2
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氨基对苯二甲酸分别溶于N,N
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二甲基甲酰胺中，然后在室温环境下均匀搅拌至溶液澄清；（2）将上述两种溶液加入反应釜中加热，进行水合反应；待自然冷却，用DMF离心洗涤得到的红棕色沉淀物，干燥，得到含有金属铁的多孔有机金属框架材料NH2‑
MIL
‑
88；（3）称取聚左旋乳酸和聚右旋乳酸分别溶解在有机溶剂中，随后将二者混合并搅拌，得到PLLA/PDLA外消旋共混物溶液，最后将NH2‑
MIL
‑
88缓慢加入到PLLA/...

【专利技术属性】
技术研发人员：李照磊，王晓东，郭伟杰，周海骏，高勇，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：