[发明专利]一种Keggin型钴钨酸基钴配位聚合物及其合成方法与应用

说明书

一种Keggin型钴钨酸基钴配位聚合物及其合成方法和应用，属于配位聚合物制备技术领域。本发明是要解决多酸电极材料在水溶液中易溶解不稳定性及导电性差的技术问题。所述聚合物的分子式为W₃₆Co₁₁O₁₄₄C₂₄N₄₈H₉₈。合成方法为：将4‑氨基‑4H‑1，2，4‑三氮唑、硝酸钴、K₈Co₂W₁₁O₄₀H₂·15H₂O置于5～10mL的蒸馏水中，在室温下搅拌至混合均匀，调节体系pH值为2～5后，放入内衬为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，在温度为120～160℃下反应3～5天后降至室温，得到Keggin型钴钨酸基钴配位聚合物。本发明的聚合物可作为多酸基金属有机超级电容材料使用。本发明应用于多酸基无机有机储能材料的制备领域。

技术领域

本发明属于配位聚合物制备技术领域，具体涉及一种Keggin型钴钨酸基钴配位聚合物及其合成方法和应用。

背景技术

超级电容器由于具备功率密度高、循环寿命长、使用温度范围宽、价格低廉等优势，已成为一种备受关注的新型绿色储能装置。多酸材料具有分子结构的多样性与可修饰性，物理化学性质的可调变性，同时具有独特的多电子储存与转移能力，能够进行快速可逆的氧化还原反应而保持结构不变。然而，多酸在水及一些有机溶剂中有较好的溶解性，如作为电容器电极材料会影响电极的循环使用寿命。同时，多酸材料导电性较差，电解液离子与电子在其电极内部传输受限，导致电极材料的电容值、倍率性能与循环特性不理想。多酸与导电性强的材料进行复合，可以提高导电性，但是多酸基复合材料的合成工艺复杂，步骤多，存在诸多变量影响电容电极的性能，不利于对其储能机理进行深入系统的研究。多酸基配位聚合物材料是一类具有丰富的晶体结构并且长程有序的晶态材料，其兼具负电势窗口与高比电容，可以作为超级电容器负极材料。多酸基配位聚合物将多酸电化学特点与晶态材料的结构优势相结合，使其不仅具有多酸材料氧化还原反应丰富、工作电压窗口范围大等特点，同时更具有晶态材料结构稳定、不易溶解于水等优点，这些优点恰好弥补多酸材料的不足，使其有潜力成为性能优异的超级电容器电极材料。更重要的是这类材料晶体结构具有可控性，并且结构变化具有多样性，这将为提高超级电容器性能提供重要支持。基于多酸基配位聚合物良好的应用前景，我们研究制备出了一种未见文献报道的具有超级电容性能的新型三维钴钨酸基钴配位聚合物。

发明内容

本发明的目的是为了解决多酸作为超级电容器电极材料在溶液中的稳定性、导电性差及多酸基复合材料的合成工艺复杂步骤多的问题，提供一种Keggin型钴钨酸基钴配位聚合物及其合成方法与应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种Keggin型钴钨酸基钴配位聚合物，所述聚合物的分子式为W₃₆Co₁₁O₁₄₄C₂₄N₄₈H₉₈；在其基本结构单元Co₂^II(C₂N₄H₄)₃(CoW₁₂O₄₀)₃(H₂O)₃中含有两个中心金属钴离子，三个4-氨基-4H-1，2，4-三氮唑配体，三个CoW₁₂O₄₀^6-多酸阴离子以及三个配位水分子；其中，中心金属钴离子具有两种配位环境，一种为钴离子Co2与三个4-氨基-4H-1，2，4-三氮唑配体中的氮原子N2，三个配位水分子的氧原子O7配位成键，呈现六配位的八面体构型；另一种为钴离子Co3与三个4-氨基-4H-1，2，4-三氮唑配体中的氮原子N1，三个CoW₁₂O₄₀^6-多酸阴离子的O10配位成键，形成六配位的八面体配位环境。