CN110634685A - 一种ppy@ZIF-67复合材料及制备方法和其应用 - Google Patents

一种ppy@ZIF-67复合材料及制备方法和其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110634685A
CN110634685A CN201910930742.7A CN201910930742A CN110634685A CN 110634685 A CN110634685 A CN 110634685A CN 201910930742 A CN201910930742 A CN 201910930742A CN 110634685 A CN110634685 A CN 110634685A
Authority
CN
China
Prior art keywords
zif
ppy
composite material
deionized water
solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910930742.7A
Other languages
English (en)
Inventor
黄爱生
刘传耀
岳文哲
韩玉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
East China Normal University
Original Assignee
East China Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by East China Normal University filed Critical East China Normal University
Priority to CN201910930742.7A priority Critical patent/CN110634685A/zh
Publication of CN110634685A publication Critical patent/CN110634685A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22Electrodes
    • H01G11/30Electrodes characterised by their material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22Electrodes
    • H01G11/30Electrodes characterised by their material
    • H01G11/48Conductive polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/84Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
    • H01G11/86Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

本发明公开一种ppy@ZIF‑67复合材料及制备方法和其应用,制备包括:(1)混合搅拌六水硝酸钴、过硫酸钾和去离子水溶液,得到溶液A;(2)混合搅拌吡咯单体、十二烷基硫酸钠、二甲基咪唑和去离子水溶液,得到溶液B;(3)将上述A溶液倒入B溶液中,加热混合搅拌,用去离子水、乙醇洗涤,干燥得到黑色粉末为ppy@ZIF‑67复合材料。将其制备成电极片应用在超级电容器,表现出高达3600F/g的比电容,以及良好的倍率特性,是非常有潜力的超级电容器材料。

Description

一种ppy@ZIF-67复合材料及制备方法和其应用
技术领域
本发明涉及多孔复合材料的制备,尤其是聚吡咯与金属有机框架化合物ZIF-67复合材料的合成,具体地说是一种基于金属有机框架化合物多孔复合材料及制备方法和其应用。
背景技术
现今,开发功能结构一体化新材料,成为了我国优先发展领域之一,具有非常重要的现实意义和科学意义。随着人类的发展和经济规模促进了世界各国对能源的迫切需求。作为地球含量较为丰富的化石能源,石油成为全球使用最为广泛的能源之一。然而,化石能源的不可持续性以及伴随着对石油等的大量使用所带来的全球气候变暖等环境问题日趋严重。为了解决日益严重的环境和能源问题,开发具有高活性、稳定性和低成本的清洁、可再生和可持续能源及能源转化和储能技术己成为一个热门研究课题,比如太阳能、潮汐能、风能等。
超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置,它既具有电容器快速充放电的特性,同时又具有电池的储能特性。电极材料是决定超级电容器性能的关键因素之一,目前根据存储电能的机理不同,超级电容器可分为双电层电容器和赝电容器。双电层电容器使用的电极材料多为多孔碳材料(如活性炭、碳气凝胶、碳纳米管、石墨烯等);赝电容器也称为法拉第准电容器,其产生机制与双电层电容器不同,赝电容器的电极材料主要为金属氧化物和导电高分子。这些材料的有效复合将有可能得到电化学性能优良的超级电容器电极材料。
金属有机骨架(Metal Organic Frameworks,MOFs)材料是一类主要由含氧或氮元素的有机配体与过渡金属离子连接而形成的多维周期性网状骨架材料。MOFs晶体具有三维的开孔道、较高的比表面积,以及规整、可调的孔结构和孔表面等特点。MOFs材料还具有与微孔和介孔分子筛一样拥有规则排列的孔道结构和特殊性质。此外,对MOFs材料的烧结制备的多孔碳材料和多孔金属氧化物材料在一定程度保留了MOFs材料的丰富的孔道结构,使得这一类材料在催化、吸附、储能等诸多领域有广泛的应用。但MOFs材料容易发生聚集,而且金属有机框架化合物较难均匀分散在溶剂中,限制了金属有机框架化合物与导电高分子材料的有效复合。
聚吡咯是一种常见的导电高分子聚合物,通常为无定型黑色固体,以吡咯为单体,具有良好的生物相容性,制备工艺简单,具备良好的导电性等特点。但聚吡咯在长时间的电化学使用过程中,其体积会发生较大的膨胀与收缩,导致结构的破坏与坍塌,降低其电化学稳定性,阻碍了聚吡咯在超级电容器中的应用。为了弥补上述缺陷,迫切需要研发改性的复合材料以提高聚吡咯基超级电容器的性能。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的不足,提供一种ppy@ZIF-67复合材料及制备方法和其应用,它将通过较为简便的一锅法,将聚吡咯与ZIF-67进行有效复合,得到ppy@ZIF-67复合材料;所得ppy@ZIF-67复合材料可表现出优异的电化学性能和循环稳定性,且涉及的制备方法简单、易控,适合推广应用。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种ppy@ZIF-67复合材料的制备方法,该方法包括以下具体步骤:
步骤1:六水硝酸钴、过硫酸钾加入到去离子水中,得到溶液A;其中,物质的量之比为六水硝酸钴∶过硫酸钾∶去离子水=1∶2.1∶8.3;
步骤2:将吡咯、十二烷基硫酸钠、二甲基咪唑加入去离子水中,得到溶液B;其中,物质的量之比为十二烷基硫酸钠∶吡咯∶二甲基咪唑∶去离子水=1∶3.2∶8.9∶10.7;
步骤3:将溶液A倒入溶液B中,快速搅拌,20~50℃加热反应5小时,经去离子水、乙醇洗涤干燥得到黑色粉末为所述ppy@ZIF-67复合材料。
一种上述方法制得的ppy@ZIF-67复合材料。
一种所述ppy@ZIF-67复合材料作为超级电容器电极材料的应用。
上述的应用,包括以下具体步骤:
步骤1:ppy@ZIF-67复合材料-泡沫镍电极片的制备
泡沫镍的预处理:将泡沫镍剪裁成的矩形,首先在6M HCL中超声浸泡15min,然后分别用去离子水和乙醇超声清洗15min,在60℃的烘箱里烘干过夜;将ppy@ZIF-67复合材料的粉末、乙炔黑和聚偏氟乙烯PVDF以质量比为8∶1∶1一起放入研钵中,向研钵中滴加分析纯N-甲基吡咯烷酮NMP,研磨变成浆状物,将浆状物滴涂在经处理的泡沫镍2/3的面积内,在60℃下放置12小时烘干,最后在压片机上加压至10MPa,得到所述ppy@ZIF-67复合材料-泡沫镍电极片;
步骤2:将步骤1得到的ppy@ZIF-67复合材料-泡沫镍电极片用于超级电容器电极。
所述ppy@ZIF-67复合材料-泡沫镍电极片具有3600F/g的比电容,具有比容量高、循环性能好、结构稳定等特点,是一种优良的储能材料。
本发明的有益效果
ppy@ZIF-67复合材料。
本发明制备的ppy@ZIF-67复合材料,利用一锅法,将聚吡咯和ZIF-67进行有效复合,有效实现聚吡咯与ZIF-67的充分复合。
本发明所制备的ppy@ZIF-67复合材料,作为超级电容器电极材料的应用,结合了双电层超级电容器和赝电容超级电容器两者的优势,又可有效提升聚吡咯的电化学导电性;此外,本发明所得复合材料适用于超级电容器等领域。
附图说明
图1为实施例1制得的ppy@ZIF-67复合材料的SEM照片图;
图2为实施例1制备的ppy@ZIF-67复合材料用作超级电容器电极材料的循环伏安曲线图;
图3为实施例1制备的ppy@ZIF-67复合材料用作超级电容器电极材料不同电流密度下的恒电流充放电时间-电压曲线图;
图4为实施例1制备的ppy@ZIF-67复合材料用作超级电容器电极材料充放电前后的EIS谱图;
图5为实施例1制备的ppy@ZIF-67复合材料用作超级电容器电极材料不同电流密度下的电容量。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
(1)将0.35六水硝酸钴,0.684过硫酸钾加入到10ml去离子水中,得到溶液A;将0.2g吡咯,0.27g十二烷基硫酸钠,0.8g二甲基咪唑加入10ml去离子水中,得到溶液B,将上述A溶液倒入B溶液中,快速搅拌,50℃加热反应5小时,经去离子水、乙醇洗涤干燥得到黑色粉末为ppy@ZIF-67复合材料,其SEM照片如图1所示;
(2)泡沫镍预处理:将泡沫镍剪裁成的矩形,首先在1M HCL中超声浸泡15min,然后分别用去离子水和乙醇超声清洗15min,在60℃的烘箱里烘干过夜。将步骤(1)制备的粉末样品、乙炔黑和聚偏氟乙烯(PVDF)以质量比为8∶1∶1一起放入研钵中,滴加分析纯N-甲基吡咯烷酮(NMP),研磨变成浆状物,滴涂在泡沫镍上2/3的面积内,将其在60℃下放置12小时烘干,最后将烘干的多孔ppy@ZIF-67复合材料/泡沫镍薄片在压片机上加压至10MPa,得到所需要的电极片。图2为实施例1制备的ppy@ZIF-67复合材料用作超级电容器电极材料的循环伏安曲线图;图3为实施例1制备的ppy@ZIF-67复合材料用作超级电容器电极材料不同电流密度下的恒电流充放电时间-电压曲线图;图4为实施例1制备的pPy@ZIF-67复合材料用作超级电容器电极材料充放电前后的EIS谱图。
实施例2~实施例4
各实施例与实施例1相同,其不同之处如表1所示:
表1
项目 实施例2 实施例3 实施例4
加热温度(℃) 40 30 20
性能检测
将实施例1制备的ppy@ZIF-67复合材料用作超级电容器电极材料,测得的比电容值如表2所示。
通过以上数据看出,ppy@ZIF-67复合材料的制备方法,使其拥有较高的比电容,使其用作超级电容器电极材料有着广泛的应用前景。
虽然上述实施例对于有关参数的选择未涉及所公开的全部范围,但在另外的实施例中,本发明能在所公开的有关参数的全部范围内实现。另外,本发明也并不限于上述举例,本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所作出的变化、增减或替换,也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种ppy@ZIF-67复合材料的制备方法,其特征在于,该方法包括以下具体步骤:
步骤1:六水硝酸钴、过硫酸钾加入到去离子水中,得到溶液A;其中,物质的量之比为六水硝酸钴∶过硫酸钾∶去离子水=1∶2.1∶8.3;
步骤2:将吡咯、十二烷基硫酸钠、二甲基咪唑加入去离子水中,得到溶液B;其中,物质的量之比为十二烷基硫酸钠∶吡咯∶二甲基咪唑∶去离子水=1∶3.2∶8.9∶10.7;
步骤3:将溶液A倒入溶液B中,快速搅拌,20~50℃加热反应5小时,经去离子水、乙醇洗涤干燥得到黑色粉末为所述ppy@ZIF-67复合材料。
2.一种权利要求1所述方法制得的ppy@ZIF-67复合材料。
3.一种权利要求2所述ppy@ZIF-67复合材料作为超级电容器电极材料的应用。
4.根据权利要求3所述的应用,其特征在于,包括以下具体步骤:
步骤1:ppy@ZIF-67复合材料-泡沫镍电极片的制备
泡沫镍的预处理:将泡沫镍剪裁成的矩形,首先在6 M HCL中超声浸泡15min,然后分别用去离子水和乙醇超声清洗15 min,在60 ℃的烘箱里烘干过夜;将ppy@ZIF-67复合材料的粉末、乙炔黑和聚偏氟乙烯PVDF以质量比为 8∶1∶1一起放入研钵中,向研钵中滴加分析纯N-甲基吡咯烷酮NMP,研磨变成浆状物,将浆状物滴涂在经处理的泡沫镍2/3的面积内,在60℃下放置12小时烘干,最后在压片机上加压至10 MPa,得到所述ppy@ZIF-67复合材料-泡沫镍电极片;
步骤2:将步骤1得到的ppy@ZIF-67复合材料-泡沫镍电极片用于超级电容器电极。
5.根据权利要求3所述的应用,其特征在于,所述ppy@ZIF-67复合材料-泡沫镍电极片具有3600F/g的比电容。
CN201910930742.7A 2019-09-29 2019-09-29 一种ppy@ZIF-67复合材料及制备方法和其应用 Pending CN110634685A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910930742.7A CN110634685A (zh) 2019-09-29 2019-09-29 一种ppy@ZIF-67复合材料及制备方法和其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910930742.7A CN110634685A (zh) 2019-09-29 2019-09-29 一种ppy@ZIF-67复合材料及制备方法和其应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110634685A true CN110634685A (zh) 2019-12-31

Family

ID=68973357

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910930742.7A Pending CN110634685A (zh) 2019-09-29 2019-09-29 一种ppy@ZIF-67复合材料及制备方法和其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110634685A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111933455A (zh) * 2020-06-12 2020-11-13 扬州大学 应用于超级电容器的PNT@NiCo-LDH复合材料及其制备方法
CN112940342A (zh) * 2021-02-24 2021-06-11 四川大学 一种利用固相剪切碾磨技术制备开孔zif-8/聚合物复合泡沫材料的方法
CN114512353A (zh) * 2022-03-06 2022-05-17 桂林理工大学 一种三维石墨烯/导电聚吡咯/导电mof复合电极材料及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140099571A1 (en) * 2011-02-08 2014-04-10 Institut National De La Recherche Scientifique Catalysts made using thermally decomposable porous supports
CN110117049A (zh) * 2019-05-07 2019-08-13 河海大学 一种金属-有机框架/聚吡咯杂化导电电极的制备方法
CN110136997A (zh) * 2019-05-16 2019-08-16 武汉工程大学 一种高柔性复合材料电极的制备方法
CN110416539A (zh) * 2019-07-03 2019-11-05 上海应用技术大学 聚吡咯包覆三维石墨烯四氧化三钴锂电负极材料制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140099571A1 (en) * 2011-02-08 2014-04-10 Institut National De La Recherche Scientifique Catalysts made using thermally decomposable porous supports
CN110117049A (zh) * 2019-05-07 2019-08-13 河海大学 一种金属-有机框架/聚吡咯杂化导电电极的制备方法
CN110136997A (zh) * 2019-05-16 2019-08-16 武汉工程大学 一种高柔性复合材料电极的制备方法
CN110416539A (zh) * 2019-07-03 2019-11-05 上海应用技术大学 聚吡咯包覆三维石墨烯四氧化三钴锂电负极材料制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XINGTAO XU,.ECT: "Three-Dimensional Networked Metal−Organic Frameworks with Conductive Polypyrrole Tubes for Flexible Supercapacitors", 《ACS》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111933455A (zh) * 2020-06-12 2020-11-13 扬州大学 应用于超级电容器的PNT@NiCo-LDH复合材料及其制备方法
CN112940342A (zh) * 2021-02-24 2021-06-11 四川大学 一种利用固相剪切碾磨技术制备开孔zif-8/聚合物复合泡沫材料的方法
CN112940342B (zh) * 2021-02-24 2022-08-12 四川大学 一种利用固相剪切碾磨技术制备开孔zif-8/聚合物复合泡沫材料的方法
CN114512353A (zh) * 2022-03-06 2022-05-17 桂林理工大学 一种三维石墨烯/导电聚吡咯/导电mof复合电极材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gu et al. Highly N/O co-doped ultramicroporous carbons derived from nonporous metal-organic framework for high performance supercapacitors
CN106744794B (zh) 一种片状氮磷共掺杂多孔碳材料及其制备方法与用途
CN109637831B (zh) 一种超级电容器用氮磷共掺杂多孔碳片的制备方法
CN107758641B (zh) 一种三维氮硫共掺杂多孔碳材料及制备方法与用途
Cao et al. Comparison of the heteroatoms-doped biomass-derived carbon prepared by one-step nitrogen-containing activator for high performance supercapacitor
US11410819B2 (en) Method for preparing super capacitor electrode material Ni doped CoP3/foam nickel
CN110473712B (zh) 一种mof衍生纳米片插层材料及制备方法和其应用
CN110634685A (zh) 一种ppy@ZIF-67复合材料及制备方法和其应用
CN108922790A (zh) 一种钠离子嵌入的二氧化锰/氮掺杂多孔碳复合材料的制备方法和应用
CN108288547B (zh) 氮磷硫三元共掺杂有序介孔碳材料的制备方法
CN103680995A (zh) 用于超级电容器的介孔碳/RuO2复合材料及制备方法
CN105152170A (zh) 一种蝉蜕基用于电化学电容器的多孔碳材料的制备方法
Ran et al. Nano vanadium nitride incorporated onto interconnected porous carbon via the method of surface-initiated electrochemical mediated ATRP and heat-treatment approach for supercapacitors
AU2020101283A4 (en) Method for Manufacturing Straw-Based Activated Carbon Electrode Material for Super Capacitor with Energy Storage Efficiency Enhanced Through Acid Mine Drainage
CN108039283B (zh) 一种基于原位聚合的富氮掺杂多级孔碳材料及其制备方法与应用
CN110265226A (zh) 一种硫化镍/碳化三聚氰胺泡沫复合电极材料及其制备方法
CN112357900B (zh) 一种高密度氮氧氯共掺杂碳颗粒材料、以及制备方法与应用
CN111326349A (zh) 一种pim-1负载聚吡咯复合材料及制备方法和其应用
CN105405680A (zh) 一种碳颗粒/二氧化锰复合电极材料的制备方法
CN110676065A (zh) 一种金属交联多孔碳材料及制备方法和其应用
CN111524719A (zh) 一种ED-Mn@ZIF-67复合材料及制备方法和其应用
CN110482520B (zh) 大电流充放电的氮氧共掺杂球/片多孔碳材料及其在超级电容器电极材料应用
Shang et al. New cathode material of NiCo2Crx-OH (x= 0, 1, 1.5, 2.0) and anode material of one-off chopsticks derived carbon for high performance supercapacitor
CN111146014A (zh) 一种Cu@Cu-CAT@PANI复合电极材料及制备方法和其应用
CN112357901B (zh) 一种氮硫共掺杂微介孔碳球/片材料的制备方法及其产品和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20191231