[发明专利]一种电沉积法制备Ce-Ni-MOF基超级电容器电极材料的方法

说明书

本发明公开了一种电沉积法制备Ce‑Ni‑MOFs基超级电容器电极材料的方法。首先将前处理好的碳布置于配置好的Ce和Ni的电沉积溶液中，在一定的电压下通过电沉积法在碳布表面沉积生成Ce‑Ni‑MOFs电极材料。该方法所述的电极材料不需使用导电剂和粘结剂，而是直接利用电沉积一步合成Ce‑Ni‑MOFs并沉积附着在柔性导电基底碳布的表面。本发明方法操作容易，温和的反应条件和短时间合成过程中的快速电荷转移导致衬底上的MOF晶体的快速成核和生长。该方法制备的产物Ce‑Ni‑MOFs在碳布上分布均匀、密集，结构紧凑，充放电性能好，且生长迅速，风险极低，容易工业化应用。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料制备技术领域，具体涉及一种电沉积法制备Ce-Ni-MOF基超级电容器电极材料的方法。

背景技术

超级电容器(SCS)，作为一个电化学能量存储装置的类型，具有优于电池和传统电容器的功率密度和循环稳定性。近十年中，随着材料科学的突破而不断出现的新型功率型储能原件，在短时间内就实现了从研究层面到商品市场化的转变。而且自面世以来，全球需求量巨大，已经成为化学电源产业领域的新亮点。超级电容器在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、铁路、通讯、国防等领域有着巨大的应用价值和市场潜力，被世界各国广泛关注。在全面追求可持续发展的社会大背景下，开发高效清洁可持续的能源以及能源储存与转换技术是现阶段急需解决的问题。尽管超级电容器在理论研究还有实际应用方面都有显著地进展，但是较低的能量密度和较高的生产成本依然限制着其民用商业化的道路。电极材料是否具备良好的储能特性将直接影响超级电容器性能的高低。因此，导电性、功率密度和能量密度等参数以及性价比是影响电极材料研发和超级电容器生产过程中的重要因素。

金属有机框架(metal-organic framework，简称MOFs)材料，由于兼具无机材料和有机材料的特性，具有高比表面积，高孔隙率、可调结构和高暴露且均匀分散的活性位点等独特优势，使其在许多领域有着广阔的应用前景，如气体的吸收及储存、精细化工的催化、药物缓释等。利用MOFs材料为模板制备出纳米材料的技术迅速发展，在合适的条件下MOFs材料进行热处理，可以得到具有高电导率的碳材料和具有快速氧化还原反应的金属氧化物，且为孔道丰富的多孔复合结构。这些特点使其有极大的潜力作为电极材料。以单金属MOFs为模板制备形貌可控的复合结构材料用作电极材料已经进行了初步研究引，但利用双金属的协同作用而制备的双金属MOFs基电极材料还有待研究。因此本发明利用电沉积法在碳布上制备了一种Ce-Ni双金属框架结构材料，通过一系列的方法对其结构和性能进行了测试。该方法制备的电极材料得到的产物生长比较均匀，纯度更高，具有优异的电荷传输性质，并且操作简单，减少了粘结剂的使用，容易实现工业化应用。

发明内容

本发明目的是提供一种电沉积法制备Ce-Ni-MOF基超级电容器电极材料的方法。

具体步骤为：

(1)选取1×1cm²碳布(CC)为基底材料，将碳布用0.5～1M硫酸、无水乙醇、去离子水依次超声30～50min，得到干净的表面。然后在50～100℃的条件下干燥8～12h以待备用。

(2)将1～10mmol 1，3，5-均苯三甲酸，0.5～1.5mmol的六水合硝酸铈，1～5mmol的六水合硝酸镍，30～60ml N，N-二甲基甲酰胺，超声搅拌溶解1～2h，得到混合均匀的溶液。

(3)将步骤(1)得到的碳布用不锈钢工作电极夹好，置于以铂电极为对电极，甘汞电极为参比电极，步骤(2)获得的溶液为电解液的三电极体系中，碳布与对电极平行放置，在恒电压-1.0～-1.5V下沉积10～60min后，取出碳布，将其清洗后，在60～100℃的条件下，干燥8～12h，得到Ce-Ni-MOF/CC电极材料。