CN109399603A - 一种利用金属有机骨架化合物制备超级电容器用氮掺杂多孔炭的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用金属有机骨架化合物制备超级电容器用氮掺杂多孔炭的方法,属于材料制备领域。具体制备方法为：首先，将纳米CaCO3@PDA颗粒分散到甲醇中，再加入一定质量的PVP和硝酸锌，配置溶液A。其次，将一定质量的2‑甲基咪唑溶于甲醇中，配置溶液B，迅速将B溶液导入A溶液中之后，静置一段时间，得到CaCO3@PDA@ZIF‑8。最后，将CaCO3@PDA@ZIF‑8放入管式炉中高温炭化得到产物。本发明的制备过程可控性强；有机骨架化合物与纳米CaCO3可以均匀复合，所制备的氮掺杂多孔炭比表面积、孔结构以及表面性质可调，具有较好的电化学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用金属有机骨架化合物制备超级电容器用氮掺杂多孔炭的方法，属于材料制备技术领域。
背景技术
能源问题是长久以来人类一直所面临的难题，开发各种能量转化以及储存设备是解决能源问题的重要手段。超级电容器作为一种具有优异电化学特性和环境友好性的电化学储能器件，吸引了科学以及工业界研究人员的广泛研究。超级电容器用的电极材料主要有功能碳、导电聚合物、金属氧化物等。这其中，多孔炭以其较高的比较面积、较好的化学稳定性以及廉价易得，受到了研究者的广泛关注。不同种类的前躯体，如生物质、聚合物、金属有机骨架化合物(MOFs)等均可用于多孔炭材料的制备。这其中，MOFs作为一种新型的由金属离子或簇与刚性有机分子配位形成的，具有一定结构的结晶孔型材料引起了较大的关注。MOFs具有形态多样，组成各异，比表面积大等优点，可以通过简单的煅烧和去除金属残留得到相应的多孔炭。比如配体为咪唑类的MOFs经炭化后可得到比表面积较高的多孔炭，与此同时，MOFs自身的咪唑骨架在炭化过程中可以实现氮元素的原位掺杂，达到修饰多孔炭表面性质的目的，进而改善多孔炭的浸润性能，增加赝电容，改善材料电化学性能。这种原位掺杂还避免了后掺杂处理所带来的工艺复杂性以及掺氮的不均匀性。
作为电极材料，除了表面性质的改善能够显著提升电化学性能之外，多孔炭的比表面积、孔结构也影响着多孔炭的电化学性能。比表面积和孔结构可以通过在制备多孔炭的过程中引入模板剂而进行调控，比如MgO模板剂、纳米CaCO3模板剂等。这其中，纳米CaCO3是一种非常有效的模板剂。虽然纳米CaCO3常温下比较稳定，可以作为添加剂广泛应用于涂料工业，塑料工业中。但在高温条件下，纳米CaCO3除了自身的模板作用，分解产生的二氧化碳也可以对炭基材料进一步刻蚀，实现二次造孔，增加材料的比表面积。然而以MOFs作为前躯体时无法通过简单的机械混合的方式与纳米CaCO3均匀复合，因而影响了纳米CaCO3的造孔效果。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用金属有机骨架化合物制备超级电容器用氮掺杂多孔炭的方法。该制备方法操作简单，可控性强，前景广泛。
为了达到上述技术目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用金属有机骨架化合物制备超级电容器用氮掺杂多孔炭的方法，将纳米CaCO3@聚多巴胺(CaCO3@PDA)颗粒分散到甲醇中，加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和硝酸锌，搅拌均匀之后作为溶液A。将2-甲基咪唑溶于甲醇中，配置溶液B，迅速将B溶液倒入A溶液中，室温下静置1～12h，得到产物CaCO3@PDA@金属有机骨架化合物(CaCO3@PDA@ZIF-8)，最后将得到的样品在惰性气体保护下高温处理后，采用稀盐酸溶液酸洗得到氮掺杂多孔炭。具体包括以下步骤：
第一步，制备纳米CaCO3@PDA颗粒
将尺寸为50～150nm的纳米CaCO3加入乙醇和去离子水的混合溶液中，再加入三(羟甲基)氨基甲烷和与三(羟甲基)氨基甲烷相同质量的盐酸多巴胺，常温下搅拌12～24h，使盐酸多巴胺原位聚合形成聚多巴胺(PDA)，包覆到纳米CaCO3表面；过滤后用去离子水冲洗至中性，冷冻干燥得到纳米CaCO3@PDA颗粒，备用。
所述的乙醇和去离子水的混合溶液中，乙醇和去离子水的体积比为1:1。
所述的纳米CaCO3与盐酸多巴胺的质量比为4:1～2:1。
所述的溶液中，每100ml溶液对应加入150～400mg的纳米CaCO3。
第二步，CaCO3@PDA@ZIF-8
将第一步制备的CaCO3@PDA颗粒分散到甲醇中，再加入PVP和硝酸锌，配置溶液A；将2-甲基咪唑溶于甲醇中，配置溶液B，迅速将B溶液倒入A溶液中，室温下静置2～12h，得到CaCO3@PDA@ZIF-8。
所述的CaCO3@PDA颗粒与PVP的质量比为1:3～1:10。
所述的CaCO3@PDA与硝酸锌的质量比为1:1.5～1:6。
所述的硝酸锌与2-甲基咪唑的质量比为3:8～3:11。
所述的溶液A中，每100ml甲醇对应加入100-400mg的CaCO3@PDA颗粒。
所述的溶液B中，每100ml甲醇对应加入1.65-8g的2-甲基咪唑。
第三步，制备氮掺杂多孔炭
将第二步制备得到的CaCO3@PDA@ZIF-8放入管式炉中，惰性气体保护下以5℃/min的速率升温至700～900℃，炭化1～3h，经1mol/L HCl溶液酸洗后得到产物氮掺杂多孔炭。
以上述方法制备的上述材料用于制作超级电容器的电极。
本发明的有益效果：1)金属有机骨架化合物能够在CaCO3@PDA表面生长，进而形成包覆，实现金属有机骨架化合物与纳米CaCO3的均匀复合，有助于多孔炭的比表面积和孔结构的可控调节；2)ZIF-8的咪唑骨架的高温分解实现了氮元素的原位掺杂；3)制备方法可控性强，所制备的材料具有较好的电化学性能。
附图说明
图1是实施例2中氮掺杂多孔炭的SEM图。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例1
称取200mg尺寸为150nm的纳米CaCO3放入盛有100mL体积比为1:1的无水乙醇和去离子水溶液的烧杯中，随后加入100mg三(羟甲基)氨基甲烷和100mg的盐酸多巴胺，常温下搅拌12h，取出后用去离子水冲洗至中性，冷冻干燥得到纳米CaCO3@PDA颗粒。
取200mg CaCO3@PDA分散到50ml甲醇中，加入600mg PVP，300mg的硝酸锌，搅拌溶解，作为溶液A。称取900mg的2-甲基咪唑分散于50ml甲醇中，作为溶液B。搅拌过程中迅速将B溶液倒入A溶液中，静置2h，得到CaCO3@PDA@ZIF-8。
将CaCO3@PDA@ZIF-8在氩气气氛中以5℃/min的升温速率升温至700℃处理1h，冷却至室温后通过1mol/L HCl溶液酸洗去除模板剂，得到氮掺杂多孔炭。利用6M KOH为电解液的三电极体系测试其电化学比容量，在0.5A/g电流密度下，氮掺杂多孔炭的比容量为117F/g。
实施例2
称取200mg尺寸为50nm的纳米CaCO3，放入盛有100mL体积比为1:1的无水乙醇和去离子水溶液的烧杯中，随后加入100mg三(羟甲基)氨基甲烷和100mg的盐酸多巴胺，常温下搅拌24h，取出后用去离子水冲洗至中性，冷冻干燥得到纳米CaCO3@PDA颗粒。
取200mg CaCO3@PDA分散到50ml甲醇中，加入1g PVP，900mg的硝酸锌，搅拌溶解，作为溶液A。称取3.3g的2-甲基咪唑分散于50ml甲醇中，作为溶液B，搅拌过程中迅速将B溶液倒入A溶液中，静置4h，得到CaCO3@PDA@ZIF-8。
将CaCO3@PDA@ZIF-8在氩气气氛中以5℃/min的升温速率升温至800℃处理3h，冷却至室温后通过1mol/L HCl溶液酸洗去除模板剂，得到氮掺杂多孔炭。利用6M KOH为电解液的三电极体系测试其电化学比容量，在0.5A/g电流密度下，氮掺杂多孔炭的比容量为277F/g。
实施例3
称取400mg尺寸为80nm的纳米CaCO3，放入盛有100mL体积比为1:1的无水乙醇和去离子水溶液的烧杯中，随后加入100mg三(羟甲基)氨基甲烷和100mg的盐酸多巴胺，常温下搅拌18h，取出后用去离子水冲洗至中性，冷冻干燥得到纳米CaCO3@PDA颗粒。
取200mg CaCO3@PDA分散于50ml甲醇中，加入2g PVP，1.2g的硝酸锌，搅拌溶解，作为溶液A。称取4g的2-甲基咪唑分散于50ml甲醇中，作为溶液B，的搅拌过程中迅速将B溶液倒入A溶液中，静置12h，得到CaCO3@PDA@ZIF-8。
将CaCO3@PDA@ZIF-8在氩气气氛中以5℃/min的升温速率升温至900℃处理1h，冷却至室温后通过1mol/L HCl溶液酸洗去除模板剂，得到氮掺杂多孔炭。利用6M KOH为电解液的三电极体系测试其电化学比容量，在0.5A/g电流密度下，氮掺杂多孔炭的比容量为158F/g。
实施例4
称取300mg尺寸为100nm的纳米CaCO3，放入盛有100mL体积比为1:1的无水乙醇和去离子水溶液的烧杯中，随后加入100mg三(羟甲基)氨基甲烷和100mg的盐酸多巴胺，常温下搅拌24h，取出后用去离子水冲洗至中性，冷冻干燥得到纳米CaCO3@PDA颗粒。
取100mg CaCO3@PDA分散于100ml甲醇中，加入400mg PVP，300mg的硝酸锌，搅拌溶解，作为溶液A。称取1.65g的2-甲基咪唑分散于100ml甲醇中，作为溶液B，搅拌过程中迅速将B溶液倒入A溶液中，静置4h，得到CaCO3@PDA@ZIF-8。
将CaCO3@PDA@ZIF-8在氩气气氛中以5℃/min的升温速率升温至800℃处理2h，冷却至室温后通过1mol/L HCl溶液酸洗去除模板剂，得到氮掺杂多孔炭。利用6M KOH为电解液的三电极体系测试其电化学比容量，在0.5A/g电流密度下，氮掺杂多孔炭的比容量为204F/g。
实施例5
称取600mg尺寸为80nm的纳米CaCO3，放入盛有400mL体积比为1:1的无水乙醇和去离子水溶液的烧杯中，随后加入300mg三(羟甲基)氨基甲烷和300mg的盐酸多巴胺，常温下搅拌24h，取出后用去离子水冲洗至中性，冷冻干燥得到纳米CaCO3@PDA颗粒。
取300mg CaCO3@PDA分散于80ml甲醇中，加入1.2g PVP，1.58g的硝酸锌，搅拌溶解，作为溶液A。称取5.25g的2-甲基咪唑分散于80ml甲醇中，作为溶液B，搅拌过程中迅速将B溶液倒入A溶液中，静置8h，得到CaCO3@PDA@ZIF-8。
将CaCO3@PDA@ZIF-8在氩气气氛中以5℃/min的升温速率升温至800℃处理2h，冷却至室温后通过1mol/L HCl溶液酸洗去除模板剂，得到氮掺杂多孔炭。利用6M KOH为电解液的三电极体系测试其电化学比容量，在0.5A/g电流密度下，氮掺杂多孔炭的比容量为173F/g。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种利用金属有机骨架化合物制备超级电容器用氮掺杂多孔炭的方法，其特征在于以下步骤：
第一步，制备纳米CaCO3@PDA颗粒
将纳米CaCO3加入乙醇和去离子水的混合溶液中，再加入三(羟甲基)氨基甲烷和与三(羟甲基)氨基甲烷相同质量的盐酸多巴胺，常温下搅拌12～24h，使盐酸多巴胺原位聚合形成聚多巴胺(PDA)，包覆到纳米CaCO3表面；过滤后用去离子水冲洗至中性，冷冻干燥得到纳米CaCO3@PDA颗粒，备用；
所述的纳米CaCO3与盐酸多巴胺的质量比为4:1～2:1；
第二步，CaCO3@PDA@ZIF-8
将第一步制备的CaCO3@PDA颗粒分散到甲醇中，再加入PVP和硝酸锌，配置溶液A；将2-甲基咪唑溶于甲醇中，配置溶液B，迅速将B溶液倒入A溶液中，室温下静置2～12h，得到CaCO3@PDA@ZIF-8；
所述的CaCO3@PDA颗粒与PVP的质量比为1:3～1:10；所述的CaCO3@PDA与硝酸锌的质量比为1:1.5～1:6；所述的硝酸锌与2-甲基咪唑的质量比为3:8～3:11；
第三步，制备氮掺杂多孔炭
将第二步制备得到的CaCO3@PDA@ZIF-8放入管式炉中，惰性气体保护下升温至700～900℃，炭化1～3h后经HCl溶液酸洗后得到产物氮掺杂多孔炭。
2.根据权利要求1所述的.一种利用金属有机骨架化合物制备超级电容器用氮掺杂多孔炭的方法，其特征在于，第一步所述的乙醇和去离子水的混合溶液中，乙醇和去离子水的体积比为1:1；第一步所述的混合溶液中，每100ml溶液对应加入150～400mg的纳米CaCO3。
3.根据权利要求1或2所述的.一种利用金属有机骨架化合物制备超级电容器用氮掺杂多孔炭的方法，其特征在于，第二步所述的溶液A中，每100ml甲醇对应加入100-400mg的CaCO3@PDA颗粒；第二步所述的溶液B中，每100ml甲醇对应加入1.65-8g的2-甲基咪唑。
4.根据权利要求1或2所述的.一种利用金属有机骨架化合物制备超级电容器用氮掺杂多孔炭的方法，其特征在于，所述的纳米CaCO3的尺寸为50～150nm。
5.根据权利要求3所述的.一种利用金属有机骨架化合物制备超级电容器用氮掺杂多孔炭的方法，其特征在于，所述的纳米CaCO3的尺寸为50～150nm。
6.根据权利要求1或2或5所述的.一种利用金属有机骨架化合物制备超级电容器用氮掺杂多孔炭的方法，其特征在于，所述的HCl浓度为1mol/L。
7.根据权利要求3所述的.一种利用金属有机骨架化合物制备超级电容器用氮掺杂多孔炭的方法，其特征在于，所述的HCl浓度为1mol/L。
8.根据权利要求4所述的.一种利用金属有机骨架化合物制备超级电容器用氮掺杂多孔炭的方法，其特征在于，所述的HCl浓度为1mol/L。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109985247A (zh) * | 2019-04-03 | 2019-07-09 | 河南科技学院 | 一种用于药物释放的杂化金属有机骨架化合物的制备方法 |
| CN110323072A (zh) * | 2019-06-03 | 2019-10-11 | 大连理工大学 | 一种应用于超级电容器的氮掺杂空心碳球/mof基多孔炭复合材料的制备方法 |
| CN111547702A (zh) * | 2020-02-14 | 2020-08-18 | 大连理工大学盘锦产业技术研究院 | 一种微米级柱状氮掺杂多孔碳材料、其制备方法及用途 |
| CN112337499A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-02-09 | 重庆大学 | 一种具有催化性质的复合纳米材料及制备方法与应用 |
| CN112830471A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-05-25 | 大连理工大学盘锦产业技术研究院 | 一种超级电容器用二维氮掺杂多孔炭材料的制备方法 |
| CN113148975A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-07-23 | 北京林业大学 | 一种氮自掺杂多孔碳电极的制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103611575A (zh) * | 2013-12-02 | 2014-03-05 | 浙江大学 | 含咪唑及其衍生物的催化剂的制备方法 |
| CN104592541A (zh) * | 2015-01-20 | 2015-05-06 | 浙江大学 | 微孔聚苯并咪唑膜及改性聚苯并咪唑为隔膜的锂硫电池 |
| CN105655550A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-06-08 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种电极表面原位生长金属有机配合物的碳包覆方法 |
| CN106310984A (zh) * | 2016-09-09 | 2017-01-11 | 江南大学 | 多巴胺修饰金属有机化合物/聚醚共聚酰胺混合基质膜及制备和应用 |
| CN106587026A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-04-26 | 山东理工大学 | 强化传质型多级孔道贯通的三维氮掺杂石墨烯的制备方法 |
| CN107069050A (zh) * | 2017-04-19 | 2017-08-18 | 合肥工业大学 | 一种Co/N/S掺杂的多孔碳纳米管及其制备方法 |
| CN108435253A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-08-24 | 江苏大学 | 一种C3N4载酸碱双功能MOFs基复合催化剂及其制备方法和用途 |
-
2018
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103611575A (zh) * | 2013-12-02 | 2014-03-05 | 浙江大学 | 含咪唑及其衍生物的催化剂的制备方法 |
| CN104592541A (zh) * | 2015-01-20 | 2015-05-06 | 浙江大学 | 微孔聚苯并咪唑膜及改性聚苯并咪唑为隔膜的锂硫电池 |
| CN105655550A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-06-08 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种电极表面原位生长金属有机配合物的碳包覆方法 |
| CN106310984A (zh) * | 2016-09-09 | 2017-01-11 | 江南大学 | 多巴胺修饰金属有机化合物/聚醚共聚酰胺混合基质膜及制备和应用 |
| CN106587026A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-04-26 | 山东理工大学 | 强化传质型多级孔道贯通的三维氮掺杂石墨烯的制备方法 |
| CN107069050A (zh) * | 2017-04-19 | 2017-08-18 | 合肥工业大学 | 一种Co/N/S掺杂的多孔碳纳米管及其制备方法 |
| CN108435253A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-08-24 | 江苏大学 | 一种C3N4载酸碱双功能MOFs基复合催化剂及其制备方法和用途 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| MEIJIA YANG ET AL: "Bifunctional MOF-Derived Carbon Photonic Crystal Architectures for Advanced Zn–Air and Li–S Batteries: Highly Exposed Graphitic Nitrogen Matters", 《ADV. FUNCT. MATER.》 * |
| ZHANG, X ET AL: "Metal-organic framework assisted synthesis of nitrogen-doped hollow carbon materials for enhanced supercapacitor performance", 《NEW JOURNAL OF CHEMISTRY 》 * |
| 王阳: "基于高分子-无机纳米粒子制备导电复合材料用于构建电化学传感器", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（博士） 工程科技I辑》 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109985247A (zh) * | 2019-04-03 | 2019-07-09 | 河南科技学院 | 一种用于药物释放的杂化金属有机骨架化合物的制备方法 |
| CN110323072A (zh) * | 2019-06-03 | 2019-10-11 | 大连理工大学 | 一种应用于超级电容器的氮掺杂空心碳球/mof基多孔炭复合材料的制备方法 |
| CN110323072B (zh) * | 2019-06-03 | 2021-07-06 | 大连理工大学 | 一种应用于超级电容器的氮掺杂空心碳球/mof基多孔炭复合材料的制备方法 |
| CN111547702A (zh) * | 2020-02-14 | 2020-08-18 | 大连理工大学盘锦产业技术研究院 | 一种微米级柱状氮掺杂多孔碳材料、其制备方法及用途 |
| CN112337499A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-02-09 | 重庆大学 | 一种具有催化性质的复合纳米材料及制备方法与应用 |
| CN112337499B (zh) * | 2020-11-20 | 2023-01-31 | 重庆大学 | 一种具有催化性质的复合纳米材料及制备方法与应用 |
| CN112830471A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-05-25 | 大连理工大学盘锦产业技术研究院 | 一种超级电容器用二维氮掺杂多孔炭材料的制备方法 |
| CN113148975A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-07-23 | 北京林业大学 | 一种氮自掺杂多孔碳电极的制备方法 |
| CN113148975B (zh) * | 2021-04-16 | 2022-07-22 | 北京林业大学 | 一种氮自掺杂多孔碳电极的制备方法 |
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