[发明专利]一种中空纳米笼双金属氢氧化物材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种中空纳米笼结构双金属氢氧化物材料的制备方法及应用，该制备方法包括：将六水合硝酸钴、2‑甲基咪唑分别溶解于甲醇中，磁力搅拌下将2‑甲基咪唑溶液倒入硝酸钴溶液中，使用高速离心机对混合液进行离心分离，获得紫色咪唑类金属有机框架ZIF‑67；称取所制备的金属有机框架ZIF‑67、六水合硝酸钴、六水合硝酸镍分别溶解于乙醇中，搅拌混合液回流反应1小时，混合液室温冷却后离心得到中空纳米笼结构双金属氢氧化物纳米材料。本发明操作简单易行，制备出的镍钴双金属纳米材料具有新颖的分层结构和良好的赝电容性能。该纳米材料可作为电极材料，应用于超级电容器等储能方面。

技术领域

本发明涉及一种纳米复合材料及其制备方法，尤其涉及一种中空纳米笼双金属氢氧化物材料的制备方法及应用。

背景技术

世界经济的快速发展对能源的需求大幅度上升，但与此同时能源短缺和大量使用化石燃料导致的环境问题越来越突出，这些问题迫使人们去开发高效可再生的能量转换与储存设备以满足未来绿色低碳可持续经济的发展。中空纳米笼结构双金属氢氧化物纳米材料由于具有新颖的双金属氢氧化物层状结构和良好的电化学性能，在超级电容器领域具有重要的应用价值和应用前景。

双金属氢氧化物纳米材料主要合成方法有共沉淀法、成核晶化法、水热法、尿素法等。杨飘萍等(《杨飘萍,宿美平,杨胥微,等.尿素法合成高结晶度类水滑石[J].无机化学学报,2003,19(005):485-490.》)将尿素加到混合金属离子的溶液中，之后在105℃的油浴锅中回流反应，得到了高结晶度的双金属氢氧化物纳米材料。但是，尿素法合成双金属氢氧化物存在以下缺陷：1、金属有机骨架ZIF-67结构容易塌陷；2、合成产物粒度宽等。因此，如何制备出一种结构稳定性好、合成产物粒度小的复合双金属氢氧化物纳米材料，对于改善锂离子电池的电化学性能，提高电池的放电比容量和循环稳定性有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种中空纳米笼双金属氢氧化物材料的制备方法，在保障金属有机框架结构的基础上改善材料的电化学性能，提高材料的电子电导率，提升其放电比容量和循环稳定性。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种中空纳米笼双金属氢氧化物材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、称取钴盐和2-甲基咪唑分别溶于同种溶剂中，制备钴盐和2-甲基咪唑的澄清溶液，将澄清的2-甲基咪唑溶液迅速倒入钴盐溶液中，用保鲜膜将烧杯密封，反应后，使用高速离心机对混合液进行离心，洗涤，得到紫色ZIF-67金属有机框架。

S2、称取步骤S1所制备的紫色金属有机框架ZIF-67模板70mg于装有磁子的圆底烧瓶中，加入30mL无水乙醇，搅拌至金属有机框架ZIF-67完全分散在无水乙醇中，加入钴盐和镍盐，搅拌下将混合液回流反应1小时，室温冷却、离心收集产物，无水乙醇洗涤沉淀三次，在60℃的条件下干燥12小时，即得中空纳米笼双金属氢氧化物材料。

优选地，所述步骤S1中钴盐溶液的浓度为0.0625-0.75mol/L，2-甲基咪唑溶液浓度为0.5-1.5mol/L，钴盐中Co²⁺和2-甲基咪唑摩尔比为1：4。

优选地，所述步骤S1中钴盐为硝酸钴、氯化钴、醋酸钴中的一种或者几种。

优选地，所述步骤S1中溶剂选自水、乙醇、甲醇中的一种。

优选地，所述步骤S1中，所述钴盐溶液与2-甲基咪唑溶液的反应方式为搅拌混合或静置混合中的一种或两种，所述搅拌为磁力搅拌，所述搅拌混合的时间为10-20min，所述静置混合的时间为24h。