[发明专利]一种三元复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于功能材料中的超级电容器电极材料制备技术领域，特别涉及一种离子液体/Zr‑MOF/苯胺三元复合材料及其制备方法和作为超级电容器电极材料的应用。该复合材料包含离子液体、Zr‑MOF和苯胺三种单体，以2‑氨基对苯二甲酸和二氯氧锆为原料合成Zr‑MOF，然后将离子液体通过共价键修饰到Zr‑MOF材料中，形成IL‑Zr‑MOF，最后将IL‑Zr‑MOF分散到苯胺溶液进行低温聚合，得到离子液体/Zr‑MOF/苯胺复合材料。本发明所制备的三元复合材料具有工艺流程简单，比电容大等优点，是超级电容器的理想电极材料。

技术领域

本发明属于功能材料中超级电容器电极材料制备技术领域，特别涉及一种离子液体/Zr-MOF/苯胺(IL-Zr-MOF@PANI)三元复合材料及其制备方法以及作为超级电容器电极材料的应用。

技术背景

超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能装置，具有功率密度高、使用温度范围广、使用寿命长及绿色无污染等特点。电极材料是决定超级电容器性能的关键因素之一，目前超级电容器电极材料主要为活性碳、石墨烯、碳纳米管、生物质碳基电极材料等。聚苯胺是超级电容器电极材料中最受关注的导电聚合物，具有许多理想的性质，诸如高电化学活性、高掺杂水平、优良的比电容、可调/较高的电导率、良好稳定性以及易于加工、处理等。目前对聚苯胺电容性的研究主要有两种方法，一种是合成具有不同形貌的聚苯胺，另一种是通过改变掺杂离子的类别、电沉积的温度、电压、电解液浓度等条件提高聚苯胺的质量比电容。

中国专利CN107189429A提供了一种钼基多酸/聚苯胺/氧化石墨烯三元复合材料及其制备方法和在电化学超级电容器上的应用；CN102543464A公开了一种ZnO/还原氧化石墨烯/聚吡咯(ZnO/RGO/PPy)的三元复合材料。但上述材料价格昂贵，且需要在有机溶剂条件下制备，不符合绿色制备工艺的发展理念。截止目前，国内外关于离子液体/金属-有机框架/聚苯胺三元复合材料及其制备方法和在电化学超级电容器上的应用未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种离子液体/Zr-MOF/苯胺三元复合材料及其制备方法和应用，制备得到的三元复合材料具有较好的电容性能，并且该制备方法简单，易于操作。

本发明的一种三元复合材料，具有离子液体、Zr-MOF、苯胺三种单体，以Zr-MOF作为前驱体，用离子液体修饰Zr-MOF，在IL-Zr-MOF内部吸附苯胺。

所述的离子液体是双(三氟甲烷磺酰)亚胺离子液体、三氟甲烷磺酰亚胺离子液体。比如具体可以是1-烷基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、1-烷基-2,3-二甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、N-丁基-甲基哌啶双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、1,2-二甲基-3-羟乙基双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、1-乙烯基-3-烷基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、1-烷基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酰亚胺盐等中的一种。

本发明的一种离子液体/Zr-MOF/苯胺复合材料的制备方法，步骤如下：

(1)将2-氨基对苯二甲酸和二氯氧锆溶解于水和醋酸的混合溶液中，制备得到Zr-MOF；

(2)将Zr-MOF超声分散于醇类溶剂中，加入离子液体和偶氮二异丁腈，N₂保护下回流，得到IL-Zr-MOF(离子液体/Zr-MOF)，其中Zr-MOF在醇中的浓度为0.005-0.2g·ml^-1；

(3)将苯胺溶解在水中形成苯胺溶液，取步骤(2)中的IL-Zr-MOF浸泡在苯胺溶液中，加入过硫酸盐引发聚合反应，得到离子液体/Zr-MOF/苯胺复合材料，其中IL-Zr-MOF与苯胺的质量比为5：1～1：5。