[发明专利]一种高度规则排列Mn掺杂Ni-MOF超薄纳米片阵列超级电容器电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高度规则排列Mn掺杂Ni‑MOF超薄纳米片阵列超级电容器电极材料（Mn_0.1‑Ni‑MOF/NF）的制备方法。以六水合硝酸镍为镍源，四水合氯化锰为锰源，采用氟化铵为氟源并和尿素共同调控前驱体溶液的pH值，泡沫镍为导电基底，采用水热法制备MnNi‑LDH/NF前驱，通过溶剂热法处理MnNi‑LDH/NF制备Mn_0.1‑Ni‑MOF/NF，将其用于超级电容器自支撑电极材料，在6 M KOH电解质中电流密度为2 mA cm^‑2表现出极高的面积比电容（16.2 F cm^‑2），该性能远高于未掺杂的Ni‑MOF纳米片阵列材料。本发明充分利用了纳米阵列结构的高比表面积和多种金属间的协同作用，构建了一种面积比电容高、循环寿命长、成本低的新型储能材料。

技术领域

本发明涉及金属掺杂和三维高度规则排列纳米阵列结构的材料制备和应用于超级电容器电极材料的方法，特别是涉及在泡沫镍（NF）上原位生长超薄纳米片阵列结构的MnNi-LDH/NF前驱，再通过溶剂热法处理制备Mn_0.1-Ni-MOF/NF，以及该材料在电化学储能领域中的应用。仅采用简单，可控，经济的合成方法便可制备高性能超级电容器电极材料。

背景技术

即将到来的化石燃料枯竭和日益严重的环境问题推动了对高能量输出的绿色和可再生能源的探索（Chem. Soc. Rev.,2015, 44, 5148–5180）。然而，典型的清洁能源，例如太阳能，风能和潮汐能，实际上是断断续续的，需要高效的能量存储/转换系统才能进一步扩大规模（Nano Energy, 2018, 45, 420-431）。超级电容器（SC）储存的能量密度比传统的介电电容器高几个数量级并且具有长循环寿命，和工业二次电池相比可实现数十倍的功率密度（Science, 2014, 343, 1210-1211）。能量密度是另一个关键指标，对于用于规模化应用的现有SC来说，能量密度相对较低，需要制备高性能电极材料来实现该目标（ACS Nano, 2015, 9, 5310-5317; Energy Environ. Sci., 2016, 9, 1299-1307）。然而，提高超级电容器的能量密度需要设计满足优异的电化学性能，高的电导率和大的可与电解质接触的比表面积条件的超级电容器。因此，为了满足超级电容器的要求，设计和发展高电容，高化学稳定性的新型电极材料是迫切需求的。