CN109461592A - 3d分级结构柔性碳布负载mof-ldh混合阵列超级电容器电极材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种3D分级结构柔性碳布负载MOF‑LDH混合阵列超级电容器电极材料的制备方法，具体涉及一种将棉布碳化制备为碳布，利用硝酸钴和尿素水溶液进行水热反应制备纳米线阵列并以纳米线阵列为牺牲模板制备MOF阵列，随后再对所得产物进行离子交换和刻蚀以制备3D分级结构柔性碳布负载MOF‑LDH混合阵列超级电容器电极材料的新方法。本发明包括具体步骤如下：首先将棉布碳化制备为碳布并活化，首先将棉布700～900℃碳化为碳布；然后将所得碳布放入硝酸钴，尿素和去离子水混合液中，90～100℃下进行水热反应4～12h，将产物取出并清洗，干燥；之后将上一步所得产物放入2‑甲基咪唑的水溶液中常温下反应1小时，清洗，干燥；最后将所得产物放入硝酸镍的乙醇溶液中反应1小时，清洗并干燥。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D分级结构柔性碳布负载MOF-LDH混合阵列超级电容器电极材料的制备方法，具体涉及一种将棉布碳化制备为碳布，利用硝酸钴和尿素水溶液进行水热反应制备纳米线阵列并以纳米线阵列为牺牲模板制备MOF阵列，随后再对所得产物进行离子交换和刻蚀以制备3D分级结构柔性碳布负载MOF-LDH混合阵列超级电容器电极材料的新方法。
背景技术
可再生能源技术在解决能源危机和全球环境变化方面具有重要意义。在各种电化学能量储存和转换系统中，超级电容器近年来得到了广泛的研究，因为其具有高功率，充放电速率快，循环稳定性好等多种优势。近年来，可穿戴电子设备迅猛发展，常规形式的超级电容器已不能完全满足实际的需求，储能装置的要求扩大。各种柔性智能可穿戴电子设备朝着小巧轻便、可穿戴折叠、具有柔性的方向发展，这就要求电子设备的储能装置必须兼具柔性可弯曲、可拉伸、轻质舒适、安全稳定等特点。
碳布是双电层电容材料，它是集导电性，柔性，高稳定性，高使用寿命于一体的理想集流体和电极材料，而超级电容器中的电极是构建高效器件的关键部件，但以纯碳布作为电极的超级电容器比电容偏低，所以通过在碳布上负载其他金属，引入赝电容是来提高碳布电极比电容的有效途径。多金属氢氧化物与其相应的金属氧化物相比，电容量更高，氧化还原电位高，电导率提高，因此多金属氢氧化物受到了极大关注，在多金属氢氧化物中，层状双氢氧化物(LDH)作为热门的二维材料，具有片层结构，受到了极大的关注。有机金属框架(MOF)具有稳定的结构，丰富的孔隙分布，是理想的储能材料。以MOF搭建3D分级阵列结构，并引入LDH，能够显著的提高材料比电容和倍率性能。
本专利是以棉布为碳布的原料，将其碳化为碳布；然后将所得碳布放入硝酸钴，尿素和去离子水混合液中，90～100℃下进行水热反应4～12h，得到负载了钴纳米线阵列的碳布，将产物取出并清洗，干燥；之后将上一步所得产物放入2-甲基咪唑的水溶液中常温下反应1小时，得到负载了MOF阵列的碳布，将产物清洗，干燥，；最后将所得产物放入硝酸镍的乙醇溶液中反应1小时，清洗并干燥，获得3D分级结构柔性碳布负载MOF-LDH混合阵列超级电容器电极材料。
发明内容
本发明目的是提供一种制备3D分级结构柔性碳布负载MOF-LDH混合阵列超级电容器电极材料的新方法。
本发明首先将棉布700～900℃碳化为碳布，将碳布放入硝酸钴和尿素的水溶液，硝酸钴与尿素摩尔比为1∶5，将混合溶液再90℃下保温4～12小时，再将产物放入2-甲基咪唑水溶液中，反应一小时；之后将所得碳布放入硝酸镍的乙醇溶液中，反应一小时后洗净并干燥。
本发明的特征在于：碳布同时作为集流体和电极材料，碳布同时作为集流体和电极材料，以第二步获得的钴纳米棒阵列为牺牲模板，模板导向法生长出MOF阵列，随后利用乙醇溶液中的硝酸镍刻蚀MOF颗粒得到MOF-LDH阵列。
具体实施方式
实施例1：首先将棉布在管式炉中800℃，氮气保护下碳化2h，得到的碳布进行电化学性能测试，以氢氧化钾为电解液，测得比容量为112F/g，循环2000次容量保持率98％。
实施例2：将碳布，硝酸钴，尿素的混合溶液放入高压反应釜，于90℃下水热反应4小时，得到碱式碳酸钴纳米线阵列。测得比电容为1159F/g，循环2000次容量保持率93％。
实施例3：改变水热反应时间为12小时，将将碳布，硝酸钴，尿素的混合液放入水热反应釜，90℃，得到生长于碳布，质量增大但形状变为片层的的碱式碳酸钴纳米片，比电容为1072F/g，循环2000次容量保持率95％。
实施例4：将负载了碱式碳酸钴纳米线阵列的碳布，放入2-甲基咪唑水溶液中反应1小时，得到负载了MOF阵列的碳布，比电容为725F/g，循环2000次容量保持率89％。
实施例5：将实施例4所得产物放入硝酸镍的乙醇溶液，反应1小时，得到3D分级结构柔性碳布负载MOF-LDH混合阵列的电极材料测，得比电容1700F/g，循环2000次容量保持率88％。
Claims (2)
1.一种3D分级结构柔性碳布负载MOF-LDH混合阵列的制备方法，其具体步骤如下：首先将棉布700～900℃碳化为碳布；然后将所得碳布放入硝酸钴，尿素和去离子水混合液中，90～100℃下进行水热反应4～12h，将产物取出并清洗，干燥；之后将上一步所得产物放入2-甲基咪唑的水溶液中常温下反应1小时，清洗，干燥；最后将所得产物放入硝酸镍的乙醇溶液中反应1小时，清洗并干燥。
2.一种如权利要求1所述的3D分级结构柔性碳布负载MOF-LDH混合阵列的制备方法，其特征在于：碳布同时作为集流体和电极材料，以第二步获得的钴纳米棒阵列为牺牲模板，模板导向法生长出MOF阵列，随后利用乙醇溶液中的硝酸镍刻蚀MOF颗粒得到MOF-LDH阵列。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190312 |
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