[发明专利]一种以Co-MOF为牺牲模板制备NiCo水滑石/泡沫镍复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种以Co‑MOF为牺牲模板制备NiCo水滑石/泡沫镍复合材料的方法，包括以下步骤：Co‑MOF/泡沫镍模板的制备：将硝酸钴、2‑甲基咪唑分别配制成水溶液并混合，将处理过的泡沫镍放置在混合溶液中，在适当温度下经过一段时间反应，将反应后的泡沫镍用去离子水清洗处理，在烘箱内干燥得到Co‑MOF/泡沫镍模板；NiCo水滑石/泡沫镍复合材料的制备过程：将硝酸镍配制成水溶液，并将Co‑MOF/泡沫镍放置在硝酸镍溶液中，在适当温度下反应一段时间，得到目标产物NiCo水滑石/泡沫镍复合材料。本发明制备的复合材料可直接作为电极材料，避免粘结剂的使用，增加大量的活性位点，能够提高电极导电性，促进离子传输，提高复合材料的电容性能。

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Co-MOF为牺牲模板制备NiCo水滑石/泡沫镍复合材料的方法，在泡沫镍上原位生长钴基金属有机骨架化合物，再以钴基金属有机骨架化合物为牺牲模板制备NiCo水滑石/泡沫镍复合电极材料。

背景技术

超级电容器作为一种很有发展前景的储能设备，因其功率密度高、充电速度快、循环稳定性好而受到广泛关注，与比电池相比，不仅有更高的功率，而且拥有比传统电容器更多的存储容量。水滑石是一种层状双氢氧化物(LDH)，具有开放式的层状结构，较高的比表面积，大量活性位点，离子扩散路径短等特性，作为超级电容器的电极材料，能够同时发挥双电层与伪电容两种储能作用，使其作为超级电容器正电极活性材料具有广阔的应用前景。然而LDH存在易团聚以及导电性差的缺点，限制了离子和电子的传输，导致电化学性能不理想、稳定性较差。

值得注意的是，以金属有机骨架(MOF)为牺牲模板，可改善上述问题。金属有机骨架(MOF)由具有良好多孔结构的金属离子和有机配体构成，具有多孔性、高比表面积、可控拓扑结构与形态以及多功能性等优点，而且MOF骨架节点上的金属离子可作为氧化还原反应中心，为电极反应提供反应位点。以金属有机骨架作为牺牲模板，可以制备具有高比表面积、高性能的水滑石复合材料，制备的水滑石复合材料能够保持MOF前驱体的空心结构，表面由许多纳米片堆积而成，并延续MOF的性能优势。这些结构特征有利于离子进入电极表面，有效地缩短了离子的扩散路径并降低了离子传输的阻力，从而提高材料的电化学性能。但是，大多数已报道的MOF模板制备的水滑石复合材料(及其衍生物)常为粉末形式，易发生团聚情况，且需要粘结剂将活性物质粘附到电极上，比电容和倍率性能受到显著影响。通过在泡沫镍上直接制备复合材料的方式，所得到的复合材料可直接作为超级电容器的电极材料，不需要后续的加工，避免了粘结剂的使用。无粘结剂复合电极不仅提高了电导率，而且暴露了大量的活性中心，便于快速的电荷传递和质量转移。与粉末状电极材料相比，选择在泡沫镍集流体上生长复合材料电极有着显著优势：泡沫镍导电性好，促进电子传输；电化学活性面积大可以促进电极材料进行氧化还原反应；骨架结构有利于电解质渗透，加快反应速度。这种制备超级电容电极材料的方法具有广泛的应用前景。

发明内容

为了解决水滑石复合材料粉末形式易团聚，导电性差，使用粘结剂制备电极显著影响降低活性材料电容性能等问题，本发明的目的在于提供了一种以Co-MOF为牺牲模板制备NiCo水滑石/泡沫镍复合材料的方法，该方法可以继承MOF和水滑石结构和性能优势，解决水滑石导电性差等问题，具有广泛的应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：一种以Co-MOF为牺牲模板制备NiCo水滑石/泡沫镍复合材料的方法，包括以下步骤：

(1)泡沫镍预处理：将泡沫镍剪裁为面积为2cm²～4cm²的矩形泡沫镍，首先将剪裁好的泡沫镍放在丙酮溶液中超声处理1～5min，然后用0.2～5M HCl超声处理1～10min，最后用无水乙醇超声处理5～10min，在50～90℃烘箱内干燥8～15小时；