[发明专利]一种双金属有机框架纳米片及其在超级电容器中的应用在审
申请号: | 202010691389.4 | 申请日: | 2020-07-17 |
公开(公告)号: | CN111816455A | 公开(公告)日: | 2020-10-23 |
发明(设计)人: | 庞欢;刘春丽;柏杨 | 申请(专利权)人: | 扬州大学 |
主分类号: | H01G11/24 | 分类号: | H01G11/24;H01G11/30;C08G83/00 |
代理公司: | 南京理工大学专利中心 32203 | 代理人: | 邹伟红 |
地址: | 225009 *** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 双金属 有机 框架 纳米 及其 超级 电容器 中的 应用 | ||
本发明公开了一种双金属有机框架纳米片及其在超级电容器中的应用,该纳米片为Co‑M双金属有机框架纳米片,其中,M包括第四周期的锰、铁、镍、铜、锌,该纳米片形貌为二维纳米片,厚度为2~5nm,本发明的双金属有机框架纳米片电极材料是由简单的沉淀反应制备而成,采用的原材料无毒、环保、成本低,工艺简单,易于操作控制,适于连续化大规模生产,制备过程绿色环保,经试验证实,这种超薄双金属有机框架纳米片在超级电容器中应用时展现了其良好的储电性能。
技术领域
本发明涉及一种含钴超薄双金属有机框架纳米片及其制备方法,该超薄纳米片可作为超级电容器电极材料,属于超级电容器电极材料制备领域。
背景技术
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。它的性能很大程度上取决于电极材料的性能,而电极材料的性能又与电极材料的微结构和导电性有密切的关系(Coordination Chemistry Reviews, 2018, 369, 15)。因此,开发新型的电极材料至关重要。超级电容器的发展必将增进电网的效率和稳定性,减少人们对石油的依赖。
金属有机框架材料(MOF)是一种新型的由一种或多种金属离子或者金属簇与一种或多种有机物配体通过金属-配位反应连接组成的多孔配体材料。由于金属离子和有机配体的种类繁多,而且它们的连接方式和反应条件的不同会导致MOF材料的结构不同,因此MOF的种类繁多。相比于其他配体材料,MOF材料因其表面积大,孔隙率高,密度低,结构可控,孔径可调而被认为是未来纳米领域中最有前景的材料之一(Science, 2013, 341,1230444)。然而,目前报道的MOF材料多为微米尺度的三维块体结构,内部金属离子被有机配体深度包裹,大大降低了其能量存储和转化效率。
二维原子厚度的纳米薄片因其优异的光学、电子和机械性能,在传感器、电子、生物医学、催化和储能等领域具有广阔的应用前景,引起了人们的广泛关注。超薄二维材料在一个维度上的生长受到限制,因此拥有极大的比表面积和较高的表面能。大量的表面原子,较多的活性位点以及柔性和特殊的电子结构等特点使其成为探索微观结构和宏观性能的理想模型。同时,超薄的片状结构和电子结构有利于可控的表面修饰、元素掺杂、缺陷工程等(Nano Today, 2016, 11, 793)。
二维MOF纳米片兼具二维层状纳米材料和MOF的优点:(1)高比表面积暴露大量的表面活性位点;(2)与电解液和电极密切接触的大面积加速了催化界面的电荷转移;(3)高度开放的结构使更多的内部原子暴露为活性位点。因此,可控的合成MOF二维纳米材料有望为储能领域带来一个新的飞跃。然而,高质量的MOF纳米片难以实现可控合成,而且目前得到的纳米片不够稳定,可重复性差(J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 18610)。
发明内容
本发明的目的是提出一种二维含钴超薄双金属有机框架纳米片的制备方法。
一种双金属有机框架纳米片,所述的纳米片为Co-M双金属有机框架纳米片,其中,M包括第四周期的锰、铁、镍、铜、锌。
优选的,该纳米片形貌为二维纳米片,厚度为2~5nm,展现出较佳的储电性能。
上述双金属有机框架纳米片的制备方法,包括如下步骤:
1)将二价钴盐和二价M金属盐溶于N, N-二甲基甲酰胺水溶液中,在室温下搅拌10~30min,制得混合反应液1;
2)将2-甲基咪唑溶于N, N-二甲基甲酰胺水溶液中,在室温下搅拌10~30min,制得混合反应液2;
3)将混合反应液1一次性倒入混合反应液2中,在室温下搅拌20~26h,得到反应生成的沉淀物;
4)将沉淀物离心收集,以去离子水和乙醇洗涤后干燥或分散于乙醇溶剂中,即得到双金属有机框架纳米片。
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