[发明专利]一种ppy@ZIF-67复合材料及制备方法和其应用

说明书

本发明公开一种ppy@ZIF‑67复合材料及制备方法和其应用，制备包括：(1)混合搅拌六水硝酸钴、过硫酸钾和去离子水溶液，得到溶液A；（2）混合搅拌吡咯单体、十二烷基硫酸钠、二甲基咪唑和去离子水溶液，得到溶液B；（3）将上述A溶液倒入B溶液中，加热混合搅拌，用去离子水、乙醇洗涤，干燥得到黑色粉末为ppy@ZIF‑67复合材料。将其制备成电极片应用在超级电容器，表现出高达3600F/g的比电容，以及良好的倍率特性，是非常有潜力的超级电容器材料。

技术领域

本发明涉及多孔复合材料的制备，尤其是聚吡咯与金属有机框架化合物ZIF-67复合材料的合成，具体地说是一种基于金属有机框架化合物多孔复合材料及制备方法和其应用。

背景技术

现今，开发功能结构一体化新材料，成为了我国优先发展领域之一，具有非常重要的现实意义和科学意义。随着人类的发展和经济规模促进了世界各国对能源的迫切需求。作为地球含量较为丰富的化石能源，石油成为全球使用最为广泛的能源之一。然而，化石能源的不可持续性以及伴随着对石油等的大量使用所带来的全球气候变暖等环境问题日趋严重。为了解决日益严重的环境和能源问题，开发具有高活性、稳定性和低成本的清洁、可再生和可持续能源及能源转化和储能技术己成为一个热门研究课题，比如太阳能、潮汐能、风能等。

超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。电极材料是决定超级电容器性能的关键因素之一，目前根据存储电能的机理不同，超级电容器可分为双电层电容器和赝电容器。双电层电容器使用的电极材料多为多孔碳材料(如活性炭、碳气凝胶、碳纳米管、石墨烯等)；赝电容器也称为法拉第准电容器，其产生机制与双电层电容器不同，赝电容器的电极材料主要为金属氧化物和导电高分子。这些材料的有效复合将有可能得到电化学性能优良的超级电容器电极材料。

金属有机骨架(Metal Organic Frameworks，MOFs)材料是一类主要由含氧或氮元素的有机配体与过渡金属离子连接而形成的多维周期性网状骨架材料。MOFs晶体具有三维的开孔道、较高的比表面积，以及规整、可调的孔结构和孔表面等特点。MOFs材料还具有与微孔和介孔分子筛一样拥有规则排列的孔道结构和特殊性质。此外，对MOFs材料的烧结制备的多孔碳材料和多孔金属氧化物材料在一定程度保留了MOFs材料的丰富的孔道结构，使得这一类材料在催化、吸附、储能等诸多领域有广泛的应用。但MOFs材料容易发生聚集，而且金属有机框架化合物较难均匀分散在溶剂中，限制了金属有机框架化合物与导电高分子材料的有效复合。

聚吡咯是一种常见的导电高分子聚合物，通常为无定型黑色固体，以吡咯为单体，具有良好的生物相容性，制备工艺简单，具备良好的导电性等特点。但聚吡咯在长时间的电化学使用过程中，其体积会发生较大的膨胀与收缩，导致结构的破坏与坍塌，降低其电化学稳定性，阻碍了聚吡咯在超级电容器中的应用。为了弥补上述缺陷，迫切需要研发改性的复合材料以提高聚吡咯基超级电容器的性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种ppy@ZIF-67复合材料及制备方法和其应用，它将通过较为简便的一锅法，将聚吡咯与ZIF-67进行有效复合，得到ppy@ZIF-67复合材料；所得ppy@ZIF-67复合材料可表现出优异的电化学性能和循环稳定性，且涉及的制备方法简单、易控，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种ppy@ZIF-67复合材料的制备方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：六水硝酸钴、过硫酸钾加入到去离子水中，得到溶液A；其中，物质的量之比为六水硝酸钴∶过硫酸钾∶去离子水＝1∶2.1∶8.3；

步骤2：将吡咯、十二烷基硫酸钠、二甲基咪唑加入去离子水中，得到溶液B；其中，物质的量之比为十二烷基硫酸钠∶吡咯∶二甲基咪唑∶去离子水＝1∶3.2∶8.9∶10.7；