[发明专利]一种碳纳米管/镍复合材料的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳纳米管/镍复合材料的制备方法和应用，将醋酸镍溶液逐滴滴入溶解有对苯二甲酸的DMF中，搅拌后得到澄清的混合液，将混合液放入反应釜中，120℃下反应6个小时，冷却后取出，分别用DMF和乙醇离心洗涤，70℃下烘24h后得到绿色的镍基金属有机框架材料，所述醋酸镍与对苯二甲酸的摩尔比为1:2，溶解有对苯二甲酸的DMF中对苯二甲酸的浓度为0.1mol/L；依次利用碳化法和酸腐蚀法对镍基金属有机框架材料处理后制备得到碳纳米管/镍复合材料。本发明由金属有机框架衍生的碳纳米管/镍复合材料首次被用作全固态超级电容器，并展现了较高的超级电容器比容量、良好的倍率性能和稳定的循环能力。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料制备技术，具体涉及一种碳纳米管/镍复合材料的制备方法和应用。

背景技术

金属有机框架材料(MOF)在超级电容器领域的应用是近年来的一个研究热点。MOF材料在超级电容器领域的应用主要分为两大类。一类是MOF材料直接作为超级电容器电极材料，另一类是MOF的衍生物作为作为超级电容器电极材料。MOF的衍生物包括多孔碳、金属氧化物及其混合物等。其中多孔碳的形成是将MOF在惰性氛围中煅烧后酸蚀掉金属成份而得到的。MOF衍生的多孔碳可以是碳纳米管、碳纳米棒或者碳纳米片等各种形貌。其中，MOF衍生的碳纳米管具有较高的比表面积、良好的导电能力和均一的孔隙度等优点，因而受到了研究者们的广泛关注。然而，由于前驱体结构的影响，且碳化过程控制难度较大，以MOF材料为前驱体合成碳纳米管材料并不容易。分析目前的研究可以发现，在以MOF材料为前驱体时，往往需要在碳化过程中引入外来的碳源或者还原性气体，或者二者皆需要引入，这一操作会使得步骤复杂，且增加了工艺成本。其次，用于制备碳纳米管的MOF前驱体种类很少，而且MOF衍生的碳纳米管材料在超级电容器领域的研究十分稀少。因此，发展一种简单方便的方法来制备MOF衍生的碳纳米管材料是很有必要的，而且开发更多种类的MOF材料来制备碳纳米管并实现它在高性能超级电容器领域的应用是重要且具有挑战意义的。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了碳纳米管/镍复合材料的制备方法和应用。

本发明的技术方案是：碳纳米管/镍复合材料的制备方法，将醋酸镍溶液逐滴滴入溶解有对苯二甲酸的DMF中，搅拌后得到澄清的混合液，将混合液放入反应釜中，120℃下反应6个小时，冷却后取出，分别用DMF和乙醇离心洗涤，70℃下烘24h后得到绿色的镍基金属有机框架材料，所述醋酸镍与对苯二甲酸的摩尔比为1:2，溶解有对苯二甲酸的DMF中对苯二甲酸的浓度为0.1mol/L；依次利用碳化法和酸腐蚀法对镍基金属有机框架材料处理后制备得到碳纳米管/镍复合材料。

本发明的进一步改进包括：

所述的碳化法是：将制得的镍基金属有机框架材料置于氧化铝瓷舟里，放入高温管式炉中，通入500scc纯度为99.99％的氮气，20min后，将氮气流速降至200scc，同时控制管式炉以5℃min^-1的速度升温至目标温度，在目标温度下保持8h后自然降温至室温，待炉子降至室温后，取出瓷舟，然后关闭气体。

所述的酸腐蚀法是：将取出瓷舟内的黑色粉末倒入热硝酸中，控制体系温度为80℃，搅拌1h后，离心分离，将得到的沉淀物再次倒入80℃的热硝酸中，继续搅拌；如此反复操作，直至硝酸上清液变为无色，最后离心分离得到黑色沉淀物，洗涤烘干后即得。

将0.2496g的对苯二甲酸溶解在15mL的DMF中形成溶液A，取3mL 0.25M的醋酸镍溶液作为溶液B，然后将B溶液逐滴滴入A溶液中，室温下磁力搅拌1h后得到澄清的混合液，将混合液放入40mL的反应釜中，120℃下反应6个小时，冷却后取出，分别用DMF和乙醇离心洗涤三次，70℃下烘24h后得到绿色的镍基金属有机框架材料。