[发明专利]一种三明治结构多相纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种三明治结构多相纳米复合材料及其制备方法和应用，属于纳米复合材料技术领域。本发明利用Fesubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;具有较宽的负电势窗口、丰富的丰度和大的理论电容，同时利用FeSsubgt;2/subgt;具有较高的电子电导率，将二者复合形成FeSsubgt;2/subgt;/Fesubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;异质结构，且FeSsubgt;2/subgt;/Fesubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;异质结构形貌为纳米颗粒，有利于提高复合材料的电化学性能；三维还原氧化石墨烯纳米片具有高比表面积、丰富的孔结构和良好的电导率，有效的促进了电子在电解液中的快速传输，将所述纳米颗粒耦合嵌入三维还原氧化石墨烯纳米片中，有利于保证纳米颗粒具有较好的分散均匀性，避免其聚集，提供更多的电化学活性位点，有利于进一步提高复合材料的电化学性能。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，尤其涉及一种三明治结构多相纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会和经济的快速发展，能源枯竭和环境污染等问题愈发严重，因此研发一种新型绿色环保、高效的储能设备，是解决当前问题的关键。超级电容器作为一种性能优异的储能器件，因具有功率密度高、充放电速度快、使用寿命长、工作温度范围广等优点被认为是极具潜力的储能设备。然而，超级电容器能量密度相对较低，为了满足实际应用需要，开发超高能量密度的超级电容器是目前亟需解决的问题。

金属有机骨架(MOFs)是一种由无机金属离子(或簇)和有机配体所构成的高度有序的多孔材料。因其具有高度有序的晶态结构、巨大的内部比表面积和丰富的电化学活性成分，经常被用作生产超级电容器电极的牺牲模板或前驱体。MOFs材料多孔的结构特征有利于离子的迁移和扩散，从而获得较高的电化学活性。然而，MOFs材料的导电性和稳定性较差，在很大程度上限制了其在电化学储能领域的进一步应用。因此设计与构筑MOFs与高导电材料的复合材料，尤其是纳米级的复合与原位的掺杂，是解决MOFs材料本征电导性缺陷和提升电容器性能的有效途径。

Mallick等人(Mallick,S.,Jana,P.P.,Raj,C.R.(2018).AsymmetricSupercapacitor Based on Chemically Coupled Hybrid Material of Fe₂O₃-Fe₃O₄Heterostructure and Nitrogen-Doped Reduced GrapheneOxide.ChemElectroChem,5(17),2348-2356)制备了基于Fe₂O₃-Fe₃O₄异质结构和氮掺杂还原氧化石墨烯(N-rGO)的新型化学耦合杂化材料，该材料用作超级电容器负极材料时，在电流密度为2A/g的条件下，其容量仅约为125F/g。Wu等人(Y.Tian,X.Hu,Y.Wang,C.Li andX.Wu,ACSSustain Chem.Eng.,2019,7,9211-9219)将Fe₂O₃纳米颗粒与导电聚合物石墨烯-碳纳米管复合，制备得到Fe₂O₃/GNs/CNTs复合材料，所述Fe₂O₃/GNs/CNTs复合材料在2A/g电流密度条件下的比容量约为550F/g。上述复合材料的电化学性能仍有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三明治结构多相纳米复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的三明治结构多相纳米复合材料具有优异的电化学性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：