[发明专利]一种CuTCNQ@CuBTC核壳材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种CuTCNQ@CuBTC核壳材料及其制备方法，所述核壳材料结构为CuTCNQ均匀地包覆在CuBTC外表面。所述制备方法，包括以下步骤：(1)将BTC的甲醇溶液滴加到三水合硝酸铜与聚乙烯吡咯烷酮的混合溶液中，静置得蓝色沉淀，离心洗涤干燥得CuBTC粉末；(2)将7,7,8,8‑四氰基对醌二甲烷和碘化锂混合到已脱气的乙腈溶液中，氮气回流后冷却，过滤洗涤，烘干得到紫色LiTCNQ；(3)将LiTCNQ溶液加入到CuBTC分散液中，离心，沉淀洗涤干燥，得到核壳结构CuTCNQ@CuBTC。本发明的复合材料电导率提高到了10^‑7S/cm；反应进程更加容易控制，产物提纯更加容易。

技术领域

本发明涉及核壳材料及其制法，具体为一种CuTCNQ@CuBTC核壳材料及其制备方法。

背景技术

随着化石燃料日益消耗，寻找其他可替代的能源转化与存储方式成为了研究的热点，以锂离子电池、超级电容器等为代表的可循环利用的绿色能源器件受到了科研工作者极大的关注，对这些能源器件的研究也促进了电化学学科的进一步成熟。在这些能源存储与转化方式中，电极材料的选择对器件的运行效率和寿命有极大影响。金属有机骨架材料由于具有丰富的多级孔道、结构可调、易于设计合成、含有丰富的过渡金属离子和有机配体，近年来在电化学储能和电催化领域都备受瞩目，是研究的热点材料之一。但金属有机骨架材料本征的低电导率导致其作为电极材料时电子传输效率较低，严重影响了其在电化学领域的应用，尤其是大电流密度下的工作能力。以均苯三酸铜为例，其电导率仅为10^-9S/cm。因此如何提高金属有机骨架材料的电导率是影响其进一步提高性能以广泛应用于电化学储能、电催化领域的重要环节。

2014年，Talin等在活化后的均苯三酸铜中引入了具有电荷转移能力的客体7,7,8,8-四氰基对醌二甲烷，大大提高了均苯三酸铜的电导率(Science 2014,343(6166):66-69)，然而此方法制备过程较繁琐，涉及高温和真空等操作难度较大的步骤，且填充客体后，孔道被填充，改变了均苯三酸铜的多孔性。

因此，如何在保留金属有机骨架材料多孔性的前提下，提高其导电性能的问题亟待解决。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种导电性好的CuTCNQ@CuBTC核壳材料，本发明的另一目的是提供一种在溶液中进行、条件温和、操作简便、易于分离的CuTCNQ@CuBTC核壳材料的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种CuTCNQ@CuBTC核壳材料，CuTCNQ均匀地包覆在CuBTC外表面。

上述CuTCNQ@CuBTC核壳材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)均苯三酸铜(CuBTC)的制备：将三水合硝酸铜与聚乙烯吡咯烷酮溶解于甲醇溶剂中，再配制均苯三酸的醇溶液，在搅拌下将均苯三酸的醇溶液缓慢滴加到三水合硝酸铜与聚乙烯吡咯烷酮的混合溶液中，待滴加结束后，将所得混合溶液在室温下静置，得到蓝色沉淀，将沉淀离心分离，用甲醇洗涤多次后干燥得到CuBTC粉末；

(2)7,7,8,8-四氰基对醌二甲烷化锂(LiTCNQ)的制备：将7,7,8,8-四氰基对醌二甲烷和碘化锂混合加入到已脱气的乙腈溶液中，在氮气下70～80℃回流，冷却后，过滤分离出紫色粉末并用乙腈洗涤多次，80～90℃烘干得到紫色LiTCNQ；

(3)CuTCNQ@CuBTC复合材料的制备：分别配制LiTCNQ溶液和CuBTC分散液，将LiTCNQ溶液加入到CuBTC分散液中进行原位反应，反应结束后离心分离，将沉淀洗涤后放入烘箱干燥，得到核壳结构CuTCNQ@CuBTC。

进一步地，所述步骤(1)中，三水合硝酸铜的浓度为10～20mg/mL，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为5～8mg/mL；三水合硝酸铜和均苯三酸的摩尔比为3:2。