[发明专利]一种应用于超级电容器的ZIF-67@LDHs电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种应用于超级电容器的ZIF‑67@LDHs电极材料及其制备方法，所述电极材料具有核壳结构，其中“核结构”为金属有机框架材料，“壳结构”为层状双金属氢氧化物LDHs。包括将三价金属离子M³⁺，二价金属离子M²⁺加入到去离子水中，超声溶解，然后加入尿素和氟化铵(NH₄F)，搅拌得到前驱体溶液，将前驱体溶液移至高压反应釜中，然后在120～140℃下反应，冷却，然后超声，过滤，用去离子水洗涤后，再次加入到去离子水中，超声，过滤，干燥得到LDHs材料；将LDHs材料加入到甲醇溶液中，然后超声40～60min，得到混合液I，将2‑甲基咪唑加入到甲醇溶液中，超声溶解得到溶液II，然后将溶液II加入到混合液I中，磁力搅拌5～8h，离心，过滤，用甲醇和去离子水分别进行洗涤，得到ZIF‑67@LDHs材料。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料技术领域，具体涉及一种应用于超级电容器的ZIF-67@LDHs电极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，二维层状材料由于其新颖的物理化学性质而不断受到人们关注，基于此类材料特殊的结构特点，其在电、光、催化等领域的应用也不断被报道。在典型的电子学领域，二维材料的几何形态可操作性更强，在半导体行业更易直接兼容设备设计和操作处理，这可以克服一维结构本质上不同直径，不同长度，甚至不同电子性质的局限性。

层状复合双金属氢氧化物(简称LDHs)即是这类材料的典型代表，该类材料的化学式可以表述为：M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂A^n-_x/n·mH₂O，其中M²⁺＝Mg²⁺，Fe²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Zn²⁺等；M³⁺＝Al³⁺，Fe³⁺，Co³⁺等；A^n-＝CO₃^2-，NO^3-，Cl^-，ClO^4-及其他功能性的有机阴离子。从其结构式可以看出，该类材料的可调变性十分广泛，例如层板金属阳离子类型、M²⁺/M³⁺的比值、层间客体阴离子的种类以及比例等。

超级电容器作为一种新型储能装置，在功率密度方面强于电池，同时，比传统电容器具有更高的能量密度。电极材料的组成和结构是决定超级电容器性能的关键因素。LDHs由于其本身较高的理论比电容、低成本和可调节的层间结构成为被广泛研究的赝电容材料之一，尤其是剥离后LDHs纳米片能够产生更多的活性位点，这使其进一步受到关注。但是LDHs作为超级电容器电极材料存在着一定导电性较差，难以充分发挥其理论比电容，而且剥离后的单层LDHs纳米片容易自身发生堆叠的缺陷，进而影响其电化学性能。

发明内容

针对以上现有技术中存在LDHs作为超级电容器电极材料存在着一定导电性较差，难以充分发挥其理论比电容，而且剥离后的单层LDHs纳米片容易自身发生堆叠的缺陷，本发明的目的是提供一种应用于超级电容器的ZIF-67@LDHs电极材料，所述电极材料具有核壳结构，其中“核结构”为金属有机框架材料ZIF-67，“壳结构”为层状双金属氢氧化物LDHs。

进一步地，所述电极材料中“壳结构”为层状双金属氢氧化物CoAl-LDHs。

本发明的另一目的是提供一种应用于超级电容器的ZIF-67@LDHs电极材料的制备方法，其制备方法包括以下步骤：