[发明专利]一种无定形ZIF及核-壳结构的ZIF-67@无定形ZIF的合成方法及制作的电极

说明书

本发明提供一种无定形ZIF及核‑壳结构的ZIF‑67@无定形ZIF的合成方法及制作的电极。该合成方法首先通过一步溶剂热法合成无定形ZIF或核‑壳结构的ZIF‑67@无定形ZIF纳米材料，离心洗涤、干燥后，将其作为超级电容器电极的正极材料构建一种简易的非对称超级电容器件，该器件比电容高，循环稳定性好，简单充电后，可以点亮LED灯。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料的制备技术领域，具体是指一种无定形ZIF及核-壳结构的ZIF-67@无定形ZIF的合成方法及制作的电容器电极材料。

背景技术

化石燃料等传统能源的短缺已成为当前亟待解决的重要问题。寻找可替代的可再生能源是研究人员和科学家高度关注的问题。此外，燃烧这些燃料造成的环境污染和温室气体排放也表明需要开发清洁和可持续的能源供应和能源存储设备。在各种储能器件中，超级电容器以其高功率输出密度、长寿命、快速充放电和优良稳定性而成为最有前途的储能器件之一。超级电容器电极通过储能机理一般可分为两大类:双电层电容器和赝电容。在第一类中，由于静电电荷的作用，双电层被建立在电极和电解质溶液之间的固液界面上。由于离子和电荷在电极材料和电解质界面的快速静电吸附速率，双电层电容器具有高功率密度和快速的充放电速率。此外，由于所使用的碳电极材料稳定，双电层电容器还具有良好的循环性能；第二类赝电容是指电极材料在外加电场作用下，电极/电解质界面处以及在电极表面附近发生的快速和可逆的氧化/还原反应(法拉第反应)来存储电荷。通过研究电极的电化学电容性能，发现当电极电流较大时，电容值较低；随着其比表面积的增加，更多的电荷将储存在活性材料层。因此，制备具有最大比表面积的材料成为构建超级电容器装置的关键。自1995年首次发现金属有机骨架(MOFs)以来，由于其具有可调孔径、可修饰孔表面和超高比表面积等优秀性能，引起了人们的广泛关注，并被用作超级电容器的电极材料。然而，即使某些MOFs材料表现出较高的比电容，其循环能力较差仍然是超级电容器发展的一大挑战。类沸石咪唑酯骨架化合物(ZIFs)是MOFs的一个亚族，它们与沸石具有相同的拓扑结构。ZIFs与沸石的区别在于前者是由四面体配位过渡金属(通常是锌或钴)阳离子通过咪唑基配体桥接而成，而后者是由Si-O-Si结构构成。ZIFs由于其特殊的结构，具有良好的热稳定性和化学稳定性，可以在保持显著比电容的前提下提高超级电容器的循环性能。基于上述原因，许多研究者也将ZIFs及其衍生材料如ZIF-8、ZIF-67及其衍生物作为电极材料应用于储能设备的装配中。

中国专利CN107739023A用掺杂Fe或Ni的ZIF材料为牺牲模版，采用过渡元素金属取代ZIF中的部分金属，通过简单的加热氧化得到多面体双金属氧化物，采用多面体双金属氧化物作为活性物质，炭黑作为导电剂，聚四氟乙烯作为粘接剂，覆盖在镍片表面，所制得的多面体双金属氧化物电极在浓度为1mol/L的NaOH电解液中充放电电流密度为1A/g时，比电容为510F/g，充放电1000次后，比电容衰减13～15％。充放电2000次后衰减20％，现有技术得到的超级电容比电容不高，循环稳定性能一般。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种无定形ZIF及核-壳结构的ZIF-67@无定形ZIF的合成方法，旨在通过提高核壳结构纳米材料的孔隙率、比表面积和稳定性等，另一个目的是用核-壳结构的ZIF-67@无定形ZIF制作超级电容，来提高赝电容型超级电容器的比电容和充放电循环稳定性等性能。