[发明专利]一种电极材料用ZIF-67衍生的过渡金属硫化物的制备方法

说明书

一种电极材料用ZIF‑67衍生的过渡金属硫化物的制备方法，包括以下步骤：(1)将2‑甲基咪唑、硝酸钴溶解在有机溶剂中，在常温下静置24h制得金属有机框架(MOFs)ZIF‑67；(2)以ZIF‑67，氯化铜，氯化亚锡以及硫代乙酰胺为反应物，在有机溶剂中搅拌条件下形成前驱体溶液，在不锈钢反应釜中90‑120℃下反应4‑10h；(3)待反应釜冷却至室温，倾倒出上层透明溶液，产物分别用无水乙醇和去离子水清洗，并在真空干燥箱干燥得到ZIF‑67衍生的Cu₂CoSnS₄(CCTS)纳米材料。本发明方法工艺简单，绿色环保且CCTS纳米材料具有的多孔结构增加了比表面积，加速了电解质离子的扩散与传输，从而具有优异的电化学性能。因此，本发明在高性能超级电容器领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料技术领域，尤其是一种电极材料用ZIF-67 衍生的过渡金属硫化物的制备方法。

背景技术

全球日益增长的能源需求和不断恶化的环境状况促使研究人员开发高效的能源存储和转换技术。超级电容器(SCs)是一种很有前途的电荷存储系统，因其充放电速度快、功率密度过高、使用寿命长而受到广泛关注。然而，与可充电电池相比，超级电容器的能量密度较低，限制了其实际运用。因此，探索高性能的电极材料是满足其实际应用的高需求的重大挑战。

到目前为止，碳材料、过渡金属化合物(包括过渡金属氧化物/氢氧化物/硫化物)、导电聚合物及其复合材料已得到了广泛的研究。然而，碳材料的比电容低，能量密度低，导电聚合物基电极则表现出较差的循环稳定性。过渡金属化合物作为典型的赝电容材料，由于具有较高的理论电容和较高的电化学活性，具有多种氧化态，成为超级电容器更优选的电极材料。但由于过渡金属硫合物的电导率差、能量密度低等固有缺点，其大规模开发受到了限制。

金属有机框架(MOFs)是一类由有机配体和金属离子组成的杂化多孔晶体材料，在各个领域得到了广泛的研究。特别是ZIF-67是MOFs的一个亚家族，由于其形状可调性、高多孔结构和优异的化学稳定性，被证明是制备微纳米结构电极材料的良好模板或前驱体，通常用于通过简单的离子蚀刻/交换来制造多孔结构。这种结构的电极材料可以提供大的表面积，促进离子扩散，扩大电极/ 电解质的界面接触面积，缓解体积膨胀，从而提高结构的完整性。因此，通过合理设计将ZIF-67作为模板来衍生出过渡金属硫化物电极材料是解决以上所述问题的有效途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电极材料用ZIF-67衍生的过渡金属硫化物的制备方法，该方法步骤简单，条件温和，用于解决已有技术中过渡金属硫化物比电容小、电导率差、能量密度低以及制备过程复杂，环境污染等问题，制备出的过渡金属硫化物电极材料具有电解质离子传输通道的多孔结构以及电解质离子存储的大比表面积，有利于提高电极材料的电化学性能。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电极材料用ZIF-67衍生的过渡金属硫化物的制备方法，包括以下步骤：

(1)ZIF-67的合成：将2-甲基咪唑，六水合硝酸钴分别溶解在等体积的有机溶剂中，搅拌一定时间后，将2-甲基咪唑溶液在快速搅拌下迅速倒入六水合硝酸钴溶液中，于室温下静置24h，产物用甲醇离心清洗，并于真空干燥箱中烘干后得到ZIF-67；

(2)ZIF-67衍生的CCTS的合成：以ZIF-67，二水合氯化铜，二水合氯化亚锡以及硫代乙酰胺为反应物，在有机溶剂搅拌条件下形成前驱体溶液，在反应釜中90-120℃下反应4-10h；

(3)ZIF-67衍生的CCTS纳米材料的制备：待反应釜冷却至室温，倾倒出上层透明溶液，用无水乙醇和去离子水清洗产物，并在真空干燥箱干燥得到 ZIF-67衍生的CCTS纳米材料。

优选的，所述步骤(1)中2-甲基咪唑与六水合硝酸钴的物质的量的比为(2-4):(0.6-1.2)。

优选的，所述步骤(1)中有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或甲醇。