[发明专利]一种低成本的ZnNCN材料制备方法

说明书

本发明属于ZnNCN材料制备领域，尤其是一种低成本的ZnNCN材料制备方法，包括以下步骤：截顶菱形十二面体沸石咪唑酸酯骨架‑8(TRD‑ZIF‑8)纳米粒子的合成：将溶解有Zn(CH₃COO)₂·2H₂O(600毫克)的10毫升水溶液加入到溶解有2‑甲基咪唑(0.54mM)和CTAB(2.58mM)的10毫升水溶液中，缓慢搅拌几秒钟，10分钟后，原透明溶液变成白色溶液，在室温下静置3h后，使用9000r.p.m离心，富集于50mL离心管中，随后将所得的TRD‑ZIF‑8纳米颗粒用去离子水洗涤3次。本发明ZnNCN材料产率较高，并且纳米粒子的粒径较小，比表面积较大，电化学性能稳定。

技术领域

本发明涉及ZnNCN材料制备技术领域，尤其涉及一种低成本的ZnNCN材料 制备方法。

背景技术

作为新一代的储能设备，超级电容器由于诸如高功率密度(10,000W kg^-1)， 长循环寿命(10⁵)，较低的维护成本和环境友好等优点而受到广泛关注。在众 多超级电容器候选种类中，赝电容器由于其高能量密度和快速可逆的表面氧化 还原反应而显示出巨大的潜力。目前，过渡金属氧化物(FeO_x,NiO_x，CoO_x等)作 为常见的赝电容电极材料，这主要是由于其具有成本低，环境友好和丰度高等 的特点。然而，过渡金属氧化物材料通常具有较差的电导率，快速的容量衰减 以及在储能期间的较差的循环稳定性等问题，这严重限制了它们的实际应用。 一般来说，可通过减小材料粒径和设计特殊的纳米结构(例如，核-壳结构和中 空结构)等方式解决。然而这些额外的昂贵和/或低收率的处理方式严重抵消了 过渡金属氧化物材料低成本的固有优势。

为了降低合成方法的价格，人们开始研究过渡金属碳二亚胺化合物(如Mn(NCN)_x，Fe(NCN)_x，Co(NCN)_x，Ni(NCN)_x，Cu(NCN)_x，Zn(NCN)_x等)， 它们显示出与对应的过渡金属氧化物的相似结构。在这些过渡金属碳二亚胺化 合物材料中，碳二亚胺化锌(ZnNCN)显示出了一些有趣特性。例如，未经处理 的ZnNCN(即纳米级裁剪，复杂的纹理或涂层等)即可显示出比其氧化物(ZnO) 更高的理论容量，更好的循环寿命和稳健的速率能力。但不幸的是，ZnNCN通常 需要非常规的合成路线，并且所制备的ZnNCN材料通常显示出较大的晶体尺寸 和较低的表面积。考虑到纳米材料的尺寸依赖性，如果可以获得具有高表面积 的纳米级ZnNCN，则可以期待ZnNCN基材料具有令人着迷的性能和实现新颖的应 用。为了实现该目标，将优选的高表面积，良好的导电性和高稳定性碳材料与 ZnNCN结合可能是一种潜在的低成本解决方案。

石墨化的氮化碳(g-C₃N₄)，作为一种典型的二维碳材料，可以看作是一种N 掺杂的石墨烯类似物，它由周期性的庚嗪亚基组成，并桥接平面叔氨基以形成 平面孔，从而具有高稳定性，极高的N含量，2D分层结构和丰富的面内孔的特 征。鉴于g-C₃N₄的低成本，简单的合成方法和可定制的结构，将ZnNCN与g-C₃N₄结合制备的具有高电导率的新型复合材料将是一个有趣且具有挑战性的工作。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的纳米级ZnNCN制备技术中普遍存在的生产 成本较高，产率较低，所制备的纳米粒子粒径较大，比表面积较小等缺点，而 提出的一种低成本且可大面积制备的ZnNCN材料制备方法，此外，将该材料制 备为超级电容器后具有优异的电化学性能表现。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种低成本的ZnNCN材料制备方法，包括以下步骤：