[发明专利]一种基于共价有机框架材料的薄膜电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于共价有机框架材料的薄膜电极的制备方法，涉及材料制备领域，所述方法包括以下步骤：先合成全共轭碳碳双键连接的富氮共价有机框架材料；再将制备得到的所述共价有机框架材料和商品化单壁碳纳米管用N,N‑二甲基甲酰胺分散得到分散液；接着将所述分散液加到电极模板上，真空抽滤得到薄膜电极；最后将得到的所述薄膜电极转移到柔性基板上，真空干燥，得到可用于制造柔性微型超级电容器的柔性电极。本发明操作易行，设备简单，能够大规模制备；采用插指形状，使电极间距尽可能缩小，器件尽可能微型化；比面积电容可达15.2mF·cm^‑2，在超级电容器具有很大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及材料制备领域，尤其涉及一种基于共价有机框架材料的薄膜电极的制备方法。

背景技术

超级电容器是目前具巨大应用前景的电化学储能技术之一，是一种主要依靠双电层电容和氧化还原电容来进行电荷存储的新型储能器件。其中，微型超级电容器因其具有超高的功率密度、快速频率响应性和优异的循环寿命，受到了研究人员的广泛关注。

目前已报道有多种形状的微型超级电容器，包括纤维状、二维平面状以及三维微型超级电容器等，并已被应用于可穿戴电子设备、可植入和便携式微型器件中。目前广泛使用的电极材料包括碳材料、金属化合物和聚合物等，开发新型高性能的电极材料也是发展的重点。共价有机框架材料(COF)具有可设计性的规整多孔结构以及可调控的活性，是一种理想的电极材料。但是由于共价有机框架材料的导电性普遍较差，导致电化学活性位点数量下降，影响其电容性能，因而需要对共价有机框架材料进行修饰或与其他材料形成复合电极材料。碳纳米管材料具有比表面积大、电子导电性高、力学性能好的特点，但由于其缺乏氧化还原的活性位点，在应用于柔性电极时，也需要进行表面修饰或复合。将共价有机框架材料和碳纳米管复合，可以结合两种材料的优点：碳纳米管能够为共价有机框架提供结构支持和电荷传输通道，而共价有机框架则可以存储电荷。

除了发展新型电极材料，电极的制备方法也受到了关注，目前已广泛使用的制备方法包括CVD法、激光刻蚀法、热解法以及真空抽滤法等。如何开发一种操作简单、易于大规模生产高性能的电极材料的方法是目前的主要问题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种操作易行、设备简单、能够大规模制备的基于共价有机框架材料的薄膜电极的方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何开发一种操作简单、易于大规模生产的高性能的电极材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于共价有机框架材料的薄膜电极的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、在耐压瓶中加入1,3,5-三甲基-2,4-二氰基吡啶、2,4,6-三(对醛基苯基)-1,3,5-三嗪、无水哌啶和无水N,N-二甲基甲酰胺，在惰性气体保护下加热反应，反应结束后用清洗液清洗并真空抽滤收集固体，将收集的固体真空干燥得到全共轭碳碳双键连接的富氮共价有机框架材料；

步骤2、将步骤1制备得到的所述共价有机框架材料和商品化单壁碳纳米管用N,N-二甲基甲酰胺分散得到分散液；

步骤3、将步骤2所述分散液加到电极模板上，真空抽滤得到薄膜电极；

步骤4、将步骤3得到的所述薄膜电极转移到柔性基板上，真空干燥，得到可用于制造柔性微型超级电容器的柔性电极。

进一步地，步骤1所述1,3,5-三甲基-2,4-二氰基吡啶用量为30-50mg、2,4,6-三(对醛基苯基)-1,3,5-三嗪用量为90-110mg、无水哌啶用量为120-140mg、无水N,N-二甲基甲酰胺用量为5-15ml，所述加热反应温度为110-130℃，反应时间为40-60h。

进一步地，步骤1所述惰性气体为氩气，所述清洗液为二氯甲烷和水，所述真空干燥时间为20-30h。