[发明专利]一种碳布支载的双金属氢氧化物材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种碳布支载的双金属氢氧化物材料的制备方法，通过首先在柔性碳布表面室温沉积双金属有机框架，然后以之作为前驱体在水溶液中进行电化学循环伏安处理，即可制备碳布支载的双金属氢氧化物材料；本发明整个制备过程在室温下开放容器中进行，无需加热和持续搅拌，因此易于规模化放大制作；以具有规则形态的金属有机框架材料作为前驱体，制备的金属氢氧化物具有相对有序的多级结构，有利于其发挥更好的电化学活性；本发明制作的双金属氢氧化物原位附着在导电碳布上，有利于其用于柔性器件的制作。

技术领域

本发明涉及一种碳布支载的双金属氢氧化物材料的制备方法，具体涉及一种以金属有机框架为主要原料制备用于超级电容器、碱性电池、电化学传感器的柔性双金属氢氧化物材料的方法。

背景技术

过渡金属氢氧化物是超级电容器、碱性电池、电化学传感器中非常典型的一种电极活性材料。近年发展起来的双金属氢氧化物，由于包含两种过渡金属和多个电化学活性离子可参与电化学氧化还原反应，具备相比于单一金属氢氧化物更宽的电化学窗口、更高的电导率、以及更多的电化学活性位点，已成为下一代高性能电极材料的最佳候选者之一。将双金属氢氧化物原位生长于柔性导电基材(如碳布、碳纸、碳纤维编织物等)上直接用作柔性电极，可有效改善活性材料之间以及活性材料与集流器之间的电子传输和机械结合，从而提高电极的电化学活性和稳定性。此外，柔性集流器还赋予电极良好的柔性，为构筑柔性器件提供支持。

当前，在柔性导电基材表面生长双金属氢氧化物的方法主要以水热沉积和电沉积为主。但是，水热沉积方法存在反应容器空间约束限制，电沉积方法存在原料利用率低的问题，导致这些方法不利于规模化制作。因此，十分期待通过一种室温可规模化放大的简单方法，制备柔性导电基材支载的双金属氢氧化物并用于超级电容器、碱性电池、电化学传感器的电极。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种可用于超级电容器、碱性电池、电化学传感器等的碳布支载的双金属氢氧化物材料的制备方法，通过首先在柔性碳布表面室温沉积双金属有机框架，然后以之作为前驱体在水溶液中进行电化学循环伏安处理，即可制备碳布支载的双金属氢氧化物材料，该方法具有制备工艺及设备简单、可规模化放大制作的特点。

本发明的技术方案如下：

一种碳布支载的双金属氢氧化物材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)室温(20～30℃)下，将双金属硝酸盐水溶液与2-甲基咪唑水溶液混合均匀，在所得混合液中插入碳布，悬挂静置4～8h，之后取出碳布清洗，干燥，得到碳布支载的双金属有机框架材料；

所述双金属硝酸盐由两种不同的硝酸盐组成，记作硝酸盐A、硝酸盐B；所述硝酸盐A选自硝酸钴或硝酸锌，所述硝酸盐B选自钴、锌、镍、铜、铈、镉或铁的硝酸盐，并且硝酸盐A、硝酸盐B两者不同；所述双金属硝酸盐中，硝酸盐A与硝酸盐B的物质的量之比为1：0.1～1，所有硝酸盐纯度均为分析级；

所述双金属硝酸盐水溶液的浓度在25～50mmol/L，所述2-甲基咪唑水溶液的浓度在0.35～0.45mol/L，并且双金属硝酸盐水溶液与2-甲基咪唑水溶液的体积比为1：1；

所述清洗为用去离子水进行洗涤，所述干燥为在60～80℃烘箱中干燥12～24h；

(2)室温下，将步骤(1)所得碳布支载的双金属有机框架材料作为工作电极，饱和甘汞电极和铂电极分别用作参比电极和对电极，在水性电解液中进行电化学循环伏安处理，之后取出碳布材料，洗涤，干燥，得到所述碳布支载的双金属氢氧化物材料；

所述水性电解液的组成为：0.5～1mol/L锂离子、0.5～1mol/L钾离子、0.5～1mol/L氯离子、0.25～0.5mol/L硫酸根离子，溶剂为去离子水；