大孔自支撑CNTs@Co2V2O7上负载黑磷量子点复合薄膜的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于复合电极材料技术领域，涉及复合电极，尤其涉及一种大孔自支撑CNTs@Co2V2O7上负载黑磷量子点复合薄膜的制备方法，包括：先将CNTs分散液与氢氧化钴胶体分散液等体积快速混合，静置1～2h得到絮状悬浮液，通过真空抽滤得到CNTs@ZIF

【技术实现步骤摘要】
大孔自支撑CNTs@Co2V2O7上负载黑磷量子点复合薄膜的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于复合电极材料
，涉及复合电极，尤其涉及一种大孔自支撑 CNTs@Co2V2O7上负载黑磷量子点复合薄膜的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着气候的不断恶化和化石能源消耗的增加，清洁高效的可再生能源存储设备受到广泛关注。超级电容器(SCs)是处于传统电容器和充电电池两者之间的一种储能元件，同时具有传统电容器和充电电池的优点，凭借快速充放电速率、长期循环寿命和更高的功率密度等特点引起了广泛的研究兴趣，已经被广泛应用于数字电信系统、混合动力汽车、移动电话及各种卫星装置中。但低能量密度在很大程度上阻碍了它们的广泛应用。为了构建高性能柔性超级电容器电池，人们投入了大量精力来设计机械柔性(极端弯曲、扭曲和可折叠性)和强大的电极(高电容、长循环稳定性和紧凑的尺寸)。柔性电池的制造过程主要包括两个步骤：首先，需要一种由多孔导电材料组成的独立式柔性基板，其次，在柔性基板上涂覆或生长有具有高性能电荷存储特性的材料。该材料具有高表面积和高度暴露的表面反应位点，因此，非常需要开发此类高性能电极材料。
[0003]金属有机框架(MOFs)是一类孔径可调、比表面积大的多孔材料，已被用作一种通用的牺牲模板，通过改变合成方案来制备金属氧化物、金属硫化物和碳材料等各种新型材料。其具有离散的有序结构、巨大的内部比表面积、丰富的电化学活性成分和丰富的离子扩散通道等。同时，由于MOF前驱体材料中金属位点的规则排列，在热解过程中可以原位生成纳米结构的多孔金属复合材料。因此，使用MOF作为电极材料的模板材料的超级电容器可以提供丰富的活性位点并减少扩散距离。
[0004]碳纳米管(CNTs)是一种拥有优异的机械性能、电化学性能、热力学性能和较高的杨氏模量的典型一维中空碳材料。碳纳米管特有的中空结构能够提供合适的比表面积，方便离子进入，而开放的网络管状结构成为活性物质的良好载体，丰富的电化学活性位点，同时缩短电子和离子传输路径。但是，碳纳米管的比表面积较小，在用于超级电容器的电极材料时,通过改性的方法，能够提升赝电容效应而提升比容量。黑磷量子点(BPQD)是一种有着独特的晶体结构和能带结构的p型半导体，具有高载流子迁移率、大活性表面积和丰富的静电积累空间，已广泛应用于光电器件、光催化剂和储能。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术的一个目的是在于公开一种大孔自支撑 CNTs@Co2V2O7上负载黑磷量子点复合薄膜的制备方法。
[0006]技术方案
[0007]以六水合硝酸钴(Co(NO3)2·
6H2O)、乙二胺(NH2CH2CH2OH，AE)、2
‑
甲基咪唑(C4H6N2)、钒酸铵(NH4VO3)、氨水(NH3·
H2O)、黑磷量子点(BPQD)和碳纳米管(CNTs)为原料，
先通过简单快速的化学反应法得到CNTs@ZIF
‑
67，再经过油浴得到CNTs@Co2V2O7材料，最后经浸泡合成CNTs@Co2V2O7上负载黑磷量子点复合薄膜材料。
[0008]一种大孔自支撑CNTs@Co2V2O7上负载黑磷量子点(CNTs@Co2V2O7/BPQD)复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0009]A、以去离子水为溶剂，分别配制5～6mM的Co(NO3)2水溶液和2～3mM的AE水溶液，将二者等体积混合搅拌1～2d得氢氧化钴胶体溶液；将CNTs分散液和2
‑
甲基咪唑溶液以体积比为1：28～30混合为CNTs悬浮液；在剧烈搅拌下将所述CNTs 悬浮液与氢氧化钴胶体溶液等体积快速混合，静置1～2h，真空抽滤收集絮状悬浮液，得到CNTs@ZIF
‑
67薄膜，其中CNTs作为自支撑基底，60℃干燥；
[0010]B、将NH4VO3溶解在氨水溶液中，浸入CNTs@ZIF
‑
67薄膜，在80～90℃油浴反应5～ 10min，取出后用去离子水、无水乙醇洗涤数次，60℃干燥，得到CNTs@Co2V2O7薄膜，其中所述NH4VO3与氨水溶液的摩尔体积比为1～1.5mmol:19～20mL；
[0011]C、将CNTs@Co2V2O7薄膜浸入黑磷量子点(BPQD)分散液中充分浸泡30～40min，取出后用去离子水、无水乙醇洗涤数次，60℃干燥，得到CNTs@Co2V2O7/BPQD复合薄膜。
[0012]本专利技术较优公开例中，步骤A中所述CNTs分散液的浓度为1.5～1.6mg mL
‑1；2
‑
甲基咪唑溶液的浓度为0.4～0.5M。
[0013]本专利技术较优公开例中，步骤B中所述氨水溶液是NH3·
H2O和去离子水体积比为1：19～ 20的混合而成。
[0014]本专利技术较优公开例中，步骤C中所述黑磷量子点(BPQD)分散液的浓度为0.1～0.2mgmL
‑1。
[0015]根据本专利技术所公开的方法，所制得的CNTs@Co2V2O7/BPQD复合薄膜的尺寸可根据实际情况随意裁剪，其微观形貌为表面负载有中空碗状多面体而呈大孔状的结构。
[0016]本专利技术的另外一个目的，将所制得的CNTs@Co2V2O7上负载黑磷量子点复合薄膜作为超级电容器电极材料。
[0017]将所制得的CNTs@Co2V2O7上负载黑磷量子点复合薄膜材料作为正极电极材料，以摩尔浓度6mol/L的KOH为电解液，将活性炭与导电炭黑、粘结剂以质量比为8:1:1均匀混合分散在溶剂中，然后涂覆在泡沫镍上，干燥、压片，制备成电极片作为电容器的负极材料在两电极体系中进行循环伏安(CV)和恒电流充放电等电化学性能测试，并计算其相应的能量密度和功率密度，以评估所制得CNTs@Co2V2O7上负载黑磷量子点复合薄膜材料的电化学性能。其中所述的循环伏安(CV)测试的电压范围为0～0.5V，扫描速度为2、5、10、20、50 和100mV/s，恒电流充放电测试的电压范围为0～0.5V，电流密度为1、2、3、5、8和10A/g。
[0018]本专利技术所制得的CNTs@Co2V2O7上负载黑磷量子点复合薄膜电极材料利用X射线衍射仪(XRD)、CHI760E电化学工作站等仪器对产物进行结构分析以及性能分析，以评估其电化学活性。
[0019]碳纳米管特有的中空结构能够提供合适的比表面积，方便离子进入，而开放的网络管状结构成为活性物质的良好载体。
[0020]本专利技术所用反应物试剂，均为市售，六水合硝酸钴(Co(NO3)2·
6H2O)，乙二胺 (NH2CH2CH2OH，AE)，钒酸铵(NH4VO3)，氨水(NH3·
H2O)，黑磷量子点(BPQD)；2
‑
甲基咪唑(C4H6N2)，98％，阿拉丁；碳纳米管(CNTs)。
[0021]有益效果
[0022]本专利技术通过简易的化学反应法、油浴法以及后续浸泡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大孔自支撑CNTs@Co2V2O7上负载黑磷量子点(CNTs@Co2V2O7/BPQD)复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A.以去离子水为溶剂，分别配制5～6mM的Co(NO3)2水溶液和2～3mM的AE水溶液，将二者等体积混合搅拌1～2d得氢氧化钴胶体溶液；将CNTs分散液和2
‑
甲基咪唑溶液以体积比为1：28～30混合为CNTs悬浮液；在剧烈搅拌下将所述CNTs悬浮液与氢氧化钴胶体溶液等体积快速混合，静置1～2h，真空抽滤收集絮状悬浮液，得到CNTs@ZIF
‑
67薄膜，其中CNTs作为自支撑基底，60℃干燥；B.将NH4VO3溶解在氨水溶液中，浸入CNTs@ZIF
‑
67薄膜，在80～90℃油浴反应5～10min，取出后用去离子水、无水乙醇洗涤数次，60℃干燥，得到CNTs@Co2V2O7薄膜；C.将CNTs@Co2V2O7薄膜浸入黑磷量子点分散液中充分浸泡30～40min，取出后用去离子水、无水乙醇洗涤数次，60℃干燥，得到CNTs@Co2V2O7/BPQD复合薄膜。2.根据权利要求1所述大孔自支撑CNTs@Co2V2O7上负载黑磷量子点复合薄膜的制备方法，其特征在于：步骤A中所述CNTs分散液的浓度为1.5～1.6mg mL
‑1。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑜，徐小婕，陈秀梅，郭弈，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：