[发明专利]镍基金属有机框架层状纳米片阵列材料及其制备和应用

说明书

本发明公开了镍基金属有机框架层状纳米片阵列材料及其制备和应用，其化学式为[Ni₃(OH)₂(C₈H₄O₄)₂(H₂O)₄]·2H₂O，该材料是以碱式硝酸镍作为固态前驱体、以对苯二甲酸作为配体、在表面活性剂的作用下通过溶剂热法制备而成，碱式硝酸镍的分子式为Ni₃(NO₃)₂(OH)₄；本申请创造性地利用固态前驱体分散了成核位点，使制备的镍基MOF具有独特的形貌，这种片状堆叠的结构具有丰富的孔道，有利于电解质的渗入，将这种材料作为超级电容器的电极材料，具有良好的电化学性能；此外，本发明制备过程简易、成本低廉、制备周期短，可随时作为超级电容器的正极材料使用，推进了MOF基材料在电化学储能领域的应用。

技术领域

本发明涉及电化学储能技术领域，具体涉及一种镍基金属有机框架层状纳米片阵列材料及其制备和应用。

背景技术

随着现代经济的快速发展，地球上的煤炭、石油、柴油等不可再生能源的储量越来越少。同时，这些传统能源的大量利用直接导致了PM 2.5、雾霾、温室效应等环境问题。为了解决或者说缓解这些现存问题，发展可再生清洁能源势在必行。太阳能、潮汐能和风能等都是研究较多的清洁能源，但普遍存在成本较高、受地域限制等局限性，因而无法持续提供能量，很难大规模应用到实际生活中。因此，电化学能量转换与存储系统的研究显得极为重要。近年来，燃料电池、超级电容器和第二代锂电池等电化学储能系统被不断研究开发。在各种电化学储能器件中，超级电容器因具备优越的功率密度、快速的充放电速率和长循环寿命等优势，在便携式电子产品、备用电源存储、电动汽车等方面展现出潜在的应用前景，并且在过去的几十年里引起了学术界和工业界的广泛关注。

电极材料的性能高低几乎决定了超级电容器的性能，但是，传统电极材料如碳基材料、金属氧化物材料、导电聚合物等大多存在着电压窗口低、比电容小、循环稳定性差等问题。随着研究的不断深入，本领域研究人员发现，镍基金属有机框架材料(Metal-organicframework，MOF)是一种具有超高孔隙率、孔径分布可调、合成方便、结构可设计等优点的新型材料，在电化学储能领域的应用前景广阔。

但是，现有的镍基MOF大多仍采用传统的溶剂热法来合成，如中国专利CN103464784B公开的一种碳负载纳米镍的制备方法，其是将镍盐溶于有机溶剂中，然后加入有机配体，得到混合液；再将混合液转移至高压釜中进行高温反应，得到含镍的有机框架化合物并进行后处理；最后将样品置于管式炉中，在惰性气中进行高温煅烧，即可制得碳负载纳米镍成品。该种方法虽然操作上难度较低，但是，利用可溶性金属盐制备MOF的过程中，可能引入外来阴离子杂质，因而会产生不必要的废物；且金属阳离子的释放过程相对不可控，所以不利于设计合成期望中的形貌结构的MOF材料。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种镍基金属有机框架层状纳米片阵列材料及其制备和应用，通过固态前驱体提供金属源，不仅不会引入外来的阴离子杂质，还可以作为结构导向剂，从而有效的制备出结构新颖、形态稳定的新型MOF材料。

本发明公开的技术方案为：一种镍基金属有机框架层状纳米片阵列材料，该材料的化学式为[Ni₃(OH)₂(C₈H₄O₄)₂(H₂O)₄]·2H₂O，该材料是以碱式硝酸镍作为固态前驱体、以对苯二甲酸作为配体、在表面活性剂的作用下通过溶剂热法制备而成的，碱式硝酸镍的分子式为Ni₃(NO₃)₂(OH)₄。