本發(fā)明屬于電極材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種基于聚苯并咪唑類的共價(jià)有機(jī)框架材料及其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、進(jìn)入二十一世紀(jì)后，世界各國(guó)科技與工業(yè)迅速發(fā)展，對(duì)于能源的需求也與日俱增，發(fā)展如風(fēng)能、氫能、太陽(yáng)能等可再生清潔能源，已成為人類社會(huì)進(jìn)步的必然需求。然而上述這些可再生能源并不能持續(xù)穩(wěn)定的獲取或者存在難于運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題，難以進(jìn)行大規(guī)模的應(yīng)用。而利用儲(chǔ)能器件將這些可再生能源儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)化、并入國(guó)家電網(wǎng)是解決這一問(wèn)題的重要途經(jīng)。

2、水系鋅離子電池由于具有成本低廉、生態(tài)友好、安全性高等優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn)為是具有良好的發(fā)展前景的大規(guī)模儲(chǔ)能器件。金屬鋅具有較大的理論比容量(820mah·g-1)和較低的氧化還原電位(-0.76v)。因此，水系鋅離子電池有望獲得較高的能量密度。鋅離子電池最常用的電極材料為無(wú)機(jī)電極材料，而大多數(shù)的無(wú)機(jī)材料含有的過(guò)渡金屬這具有資源稀缺、制備困難且對(duì)環(huán)境不友好等缺點(diǎn)，難以進(jìn)行回收和再利用。因此，科學(xué)家們將目光投向了綠色環(huán)保的有機(jī)電極材料。

3、有機(jī)材料具有比能量高、可設(shè)計(jì)性且經(jīng)濟(jì)及環(huán)境友好等特點(diǎn)，使其在電池電極材料應(yīng)用上具有很多優(yōu)勢(shì)。有機(jī)分子材料在金屬離子嵌入和脫出時(shí)，分子結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，且對(duì)金屬離子種類沒(méi)有限制，這對(duì)于電池在較長(zhǎng)時(shí)間下的循環(huán)穩(wěn)定性非常有利。有機(jī)電極材料通常采用缺電子體系，常見(jiàn)的官能團(tuán)有碳氮雙鍵和碳氧雙鍵等等，有機(jī)材料的結(jié)構(gòu)還可以精確的分子設(shè)計(jì)，這對(duì)可充電水系鋅離子電池的性能提升非常重要。因此，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)多活性位點(diǎn)與結(jié)構(gòu)多樣性的有機(jī)電極材料，對(duì)于構(gòu)建高容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命與高能量密度的儲(chǔ)能器件至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種可作為鋅離子電池的電極材料的新型共價(jià)有機(jī)框架材料的制備方法。

2、上述的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于聚苯并咪唑類的共價(jià)有機(jī)框架材料，其特征在于，所述的共價(jià)有機(jī)框架材料是hatbpta，結(jié)構(gòu)如式(ⅰ)：

3、

4、上述的一種基于聚苯并咪唑類的共價(jià)有機(jī)框架材料的制備方法，包括如下步驟，將六氮雜萘羧酸和3,3’-二氨基聯(lián)苯胺溶于水中，在加入一定量催化劑后，放入反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥，得棕黑色產(chǎn)物hatbpta；

5、六氮雜萘羧酸的結(jié)構(gòu)式如下：

6、

7、3,3’-二氨基聯(lián)苯胺的結(jié)構(gòu)式如下：

8、

9、上述的制備方法，所述的催化劑為3m醋酸溶液。

10、上述的制備方法，所述的化六氮雜萘羧酸和3,3’-二氨基聯(lián)苯胺的摩爾比為1:1.5。

11、上述的制備方法，所述的反應(yīng)是在180℃下反應(yīng)三天。

12、上述的制備方法，所述的干燥是60℃干燥12h。

13、上述的一種基于聚苯并咪唑類的共價(jià)有機(jī)框架材料作為水系鋅離子電池電極材料的應(yīng)用。

14、上述的應(yīng)用，方法如下：

15、1)將集流體鈦箔制成電極片；

16、2)將上述的共價(jià)有機(jī)框架材料、super?p、聚偏氟乙烯按照一定質(zhì)量比研磨后，加入溶劑nmp研磨成均勻且無(wú)顆粒感的漿料，并均勻地涂覆在電極片上；

17、3)將涂覆好的電極片放入60℃的真空干燥箱中干燥12h，除去殘留的溶劑，稱重并計(jì)算載量；

18、4)電池的組裝：采用2032型的扣式電池標(biāo)準(zhǔn)，在負(fù)極殼中依次放入鋅片、隔膜、電解液、步驟3)得到的電極片、墊片、彈片、正極殼，之后用封裝機(jī)封裝上，得到水系鋅離子2032型扣式電池。

19、上述的應(yīng)用，步驟2)中，共價(jià)有機(jī)框架材料、super?p、聚偏氟乙烯的質(zhì)量比為6:3:1。

20、上述的應(yīng)用，步驟4)中，所述的電解液的濃度為1m?zn(cf3so3)2的水溶液，體積為120μl。

21、本發(fā)明的有益效果：

22、1、本發(fā)明合成的hatbpta作為鋅離子電池的電極材料表現(xiàn)出了較高容量，在1a·g-1的電流密度下，表現(xiàn)出83mah·g-1的放電比容量。

23、2、hatbpta作為鋅離子電池的電極材料既可以吸附zn2+，又可以吸附h+，正是由于h+的嵌入，使hatbpta有高的比容量。

24、3、本發(fā)明的hatbpta材料易于合成，使用溶劑為水，環(huán)保綠色高效，可用于大規(guī)模制備。

技術(shù)特征：

1.一種基于聚苯并咪唑類的共價(jià)有機(jī)框架材料，其特征在于，所述的共價(jià)有機(jī)框架材料是hatbpta，結(jié)構(gòu)如式(ⅰ)：

2.權(quán)利要求1所述的一種基于聚苯并咪唑類的共價(jià)有機(jī)框架材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟，將六氮雜萘羧酸和3,3’-二氨基聯(lián)苯胺溶于水中，在加入一定量催化劑后，放入反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥，得棕黑色產(chǎn)物hatbpta。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的催化劑為3m醋酸溶液。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的化六氮雜萘羧酸和3,3’-二氨基聯(lián)苯胺的摩爾比為1:1.5。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的反應(yīng)是在180℃下反應(yīng)三天。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的干燥是60℃干燥12h。

7.權(quán)利要求1所述的一種基于聚苯并咪唑類的共價(jià)有機(jī)框架材料作為水系鋅離子電池電極材料的應(yīng)用。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于，方法如下：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，步驟2)中，共價(jià)有機(jī)框架材料、super?p、聚偏氟乙烯的質(zhì)量比為6:3:1。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，步驟4)中，所述的電解液的濃度為1mzn(cf3so3)2的水溶液，體積為120μl。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電極材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種基于聚苯并咪唑類的共價(jià)有機(jī)框架材料及其制備方法及應(yīng)用。該材料是通過(guò)將六氮雜萘羧酸HAT?COOH和二氨基聯(lián)苯胺BPTA通過(guò)水熱合成的方法制備而得。上述材料的制備方法包括將六氮雜萘羧酸與二氨基聯(lián)苯胺按一定摩爾比混合后，溶解于水中，經(jīng)過(guò)水熱反應(yīng)，抽濾，洗滌，得到一種聚苯并咪唑類共價(jià)有機(jī)框架材料HATBPTA。此新型材料在水系鋅離子電池體系中展現(xiàn)了良好的電化學(xué)性能，本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單，有利于大規(guī)模工業(yè)制備，推進(jìn)廉價(jià)、高效、環(huán)保的水系鋅離子電池產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

技術(shù)研發(fā)人員：趙欽,羅鑫儀,孫曉東,黃子航,孫穎,劉驥馳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：遼寧大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/18