[发明专利]基于MOF的多孔聚苯胺电极材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种基于MOF的多孔聚苯胺电极材料及其制备方法和用途，该方法包含：将硝酸铜水溶液和均苯三甲酸的乙醇溶液混合，于高压下在110～130℃保温，获得3,3,5‑C多面体金属‑有机骨架；将质量比为1:(7～9):(2～4)的3,3,5‑C多面体金属‑有机骨架与导电剂、粘合剂制备成电极浆料，涂覆于碳纤维布上；将碳纤维布置于含有H₂SO₄和苯胺的溶液中，采用单极脉冲法在其上沉积一层聚苯胺，得到基于MOF的多孔聚苯胺电极材料。本发明制备的多孔聚苯胺电极材料的孔隙率高，导电性好，比电容大。

技术领域

本发明涉及一种电极材料，具体涉及一种基于MOF的多孔聚苯胺电极材料及其制备方法和用途。

背景技术

超级电容器是一种新型的介于电池和传统电容器之间的环保储能装置。超级电容器因具有周期长、充放电快、对环境无污染等特点而倍受到关注。新型优质电容电极材料是进一步提高电容性能的关键。

聚苯胺(PANI)是一种导电聚合物，因其易聚合、环境稳定性好、电化学性能优异等优点，被广泛用作电极材料。目前，合成聚苯胺的主要方法有：化学氧化法、电化学法和界面聚合法，这些方法制备的PANI孔率低，导致电解质的扩散性能差、导电性差，很难充分利用其电化学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于MOF的多孔聚苯胺电极材料及其制备方法和用途，该方法解决了现有制备的PANI电极材料导电性能差的问题，能够提高材料的孔隙率，导电性好，比电容大。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于MOF的多孔聚苯胺电极材料的制备方法，该方法包含：将硝酸铜水溶液和均苯三甲酸的乙醇溶液混合，于高压下在110～130℃保温，获得3,3,5-C多面体金属-有机骨架；将质量比为1:(7～9):(2～4)的3,3,5-C多面体金属-有机骨架与导电剂、粘合剂制备成电极浆料，涂覆于碳纤维布上；将所述碳纤维布置于含有H₂SO₄和0.1～0.3mol/L苯胺的溶液中，采用单极脉冲法在其上沉积一层聚苯胺，施加的正脉冲电压为0.85V，占空比为50～60％，待脉冲沉积结束，对其清洗，得到基于MOF的多孔聚苯胺电极材料。

本发明的方法中，苯胺浓度过小会造成电极上的聚苯胺沉积厚度过小，苯胺浓度过大会造成电极上的聚苯胺厚度过大且百度不均匀甚至形成团聚，因此采用苯胺的浓度为0.1～0.3mol/L。

优选地，所述硝酸铜水溶液和均苯三甲酸的摩尔比为(1.2～1.6)：1。

优选地，所述保温时间为12～15h。

优选地，所述导电剂包含：乙炔黑；所述粘合剂包含：聚偏氟乙烯。

优选地，所述3,3,5-C多面体金属-有机骨架与导电剂、粘合剂于N,N-二甲基甲酰胺中搅拌获得电极浆料。

优选地，所述搅拌时间为6～8h。

优选地，所述H₂SO₄的浓度为0.5～1.5mol/L。

优选地，每个正脉冲持续0.4s，整个脉冲沉积的时间为300～400s。

本发明还公开了一种基于MOF的多孔聚苯胺电极材料，该材料采用所述的制备方法获得。

本发明还公开了一种基于MOF的多孔聚苯胺电极材料的用途，该材料作为超级电容的电极。

本发明的基于MOF的多孔聚苯胺电极材料及其制备方法和用途，解决了现有制备的PANI电极材料导电性能差的问题，具有以下优点：

本发明的方法采用单极脉冲法，将PANI沉积在含MOF的材料上，得到的材料具有孔隙率高、比表面积大、导电性好、比电容大等优点，可应用于超级电容电极。