本發(fā)明屬于新材料，具體涉及一種mof衍生的碳納米管封裝鎳和二硒化鎳復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著化石燃料的快速枯竭和日益嚴(yán)重的能源危機(jī)，當(dāng)前社會(huì)對(duì)環(huán)境友好、低成本和高效率的能源轉(zhuǎn)換和先進(jìn)儲(chǔ)存技術(shù)提出了迫切需求。超級(jí)電容器，一種新形式的電化學(xué)能量存儲(chǔ)器件，由于其具有充放電迅速、循環(huán)壽命長(zhǎng)、毒性低、成本低廉和原料豐富等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，消費(fèi)電子產(chǎn)品和備用能源系統(tǒng)等領(lǐng)域中引起了極大的關(guān)注。

2、超級(jí)電容器的電極由電極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑和集流體組成，其中電極活性物質(zhì)是決定超級(jí)電容器性能的關(guān)鍵性因素。目前，碳材料、金屬氧化物、金屬硫化物和導(dǎo)電聚合物作為電極材料已經(jīng)在超級(jí)電容器領(lǐng)域進(jìn)行了諸多報(bào)道。雖然以上電極材料通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以極大地改善其電化學(xué)性能，但是由于其本征性質(zhì)的限制，目前仍然很難達(dá)到市場(chǎng)應(yīng)用的要求。過(guò)渡金屬硒化物材料因其高比理論容量和窄禁帶半導(dǎo)體性能，目前受到了電化學(xué)領(lǐng)域的極度關(guān)注。

3、但是，過(guò)渡金屬硒化物的制備仍然面臨諸多困難，可歸納如下：（1）傳統(tǒng)合成方法中存在有高能耗和程序復(fù)雜問(wèn)題，這使得過(guò)渡金屬硒化物很難進(jìn)行實(shí)際意義上的大規(guī)模生產(chǎn)。（2）水熱/溶劑熱法合成過(guò)程中，需要消耗大量的硒源，且生成的過(guò)渡金屬硒化物常有團(tuán)聚現(xiàn)象，顆粒大小為數(shù)十納米（甚至微米），組分分散度低。（3）制備出的過(guò)渡金屬硒化物不純，存在大量雜質(zhì)。（4）制備出的過(guò)渡金屬硒化物在電化學(xué)過(guò)程中容易出現(xiàn)嚴(yán)重的體積膨脹、顆粒聚集和粉化等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種mof衍生的碳納米管封裝鎳和二硒化鎳復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用，以解決現(xiàn)有過(guò)渡金屬硒化物制備工藝繁瑣以及在電化學(xué)過(guò)程中體積膨脹嚴(yán)重、聚集和粉化及循環(huán)性能不佳等問(wèn)題。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：提供一種mof衍生的碳納米管封裝鎳和二硒化鎳復(fù)合電極材料的制備方法，包括以下步驟：

3、s1：將鋅鹽和2-甲基咪唑分別溶于第一溶劑中，得到溶液a和溶液b；

4、s2：在攪拌條件下將溶液a加入到溶液b中，超聲后室溫下靜置10~15?h，然后清洗產(chǎn)物并真空干燥，得碳源zif-8；

5、s3：將碳源zif-8和鎳鹽分別溶于第二溶劑中，得到溶液c和溶液d；將溶液c和溶液d混合，超聲后得溶液e；

6、s4：將溶液e于75~85?°c下回流2~5?h，收集產(chǎn)物，清洗、真空干燥，得前驅(qū)體；

7、s5：在惰性氣氛中，以900~1200?°c的溫度煅燒前驅(qū)體3~5?h，得到產(chǎn)物a；

8、s6：將產(chǎn)物a與硒粉等質(zhì)量混合，然后在惰性氣氛中，以300~400?°c的溫度煅燒混合物2~4?h，得到產(chǎn)物b；

9、s7：在惰性氣氛中，將產(chǎn)物b升溫至380~450?°c，保溫1~3?h，得復(fù)合電極材料。

10、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

11、進(jìn)一步，鋅鹽為zn(no3)2·6h2o，第一溶劑為甲醇；溶液a的濃度為37~37.5?g/l；溶液b的濃度為40~42?g/l。

12、進(jìn)一步，s2中溶液a與溶液b的體積比為1:1。

13、進(jìn)一步，s2中清洗方式為將產(chǎn)物與甲醇混合后離心，清洗次數(shù)為2~5次；真空干燥溫度為70?°c。

14、進(jìn)一步，鎳鹽為ni(no3)2·6h2o，第二溶劑為甲醇；溶液c的濃度為10?g/l；溶液d的濃度為150?g/l。

15、進(jìn)一步，溶液e中碳源zif-8與ni(no3)2·6h2o的質(zhì)量之比為5:3。

16、進(jìn)一步，s4中清洗方式為將產(chǎn)物與甲醇混合后離心，清洗次數(shù)為2~5次；真空干燥溫度為70?°c。

17、本發(fā)明還公開(kāi)了一種采用上述制備方法制得的mof衍生的碳納米管封裝鎳和二硒化鎳復(fù)合電極材料。

18、本發(fā)明還公開(kāi)了上述mof衍生的碳納米管封裝鎳和二硒化鎳復(fù)合電極材料在制備超級(jí)電容器中的應(yīng)用。

19、本發(fā)明還公開(kāi)了上述mof衍生的碳納米管封裝鎳和二硒化鎳復(fù)合電極材料在去除廢水中cu2+中的應(yīng)用。

20、本發(fā)明的有益效果是：

21、1、本發(fā)明所提供的制備方法，原料來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，操作容易，安全性高，利于大規(guī)模生產(chǎn)。

22、2、本發(fā)明所提供的制備方法制備的復(fù)合電極材料ni@cnt/nise2材料形貌較好，呈現(xiàn)出類似“碳納米管森林”形貌，并且部分鎳顆粒被原位封裝在碳納米管中，nise2包覆于碳材料中，這種結(jié)構(gòu)利于抑制過(guò)渡金屬硒化物在電化學(xué)過(guò)程中發(fā)生體積膨脹、顆粒聚集，“碳納米管森林”利于電子的傳輸，提高電子傳輸速率。

23、3、本發(fā)明制備的具有類似碳納米管森林的ni@cnt/nise2電極應(yīng)用在超級(jí)電容器和電容去離子中表現(xiàn)出較高的比容量、優(yōu)異的循環(huán)性能和優(yōu)異的離子吸附容量，是極具商業(yè)價(jià)值的電極材料。

技術(shù)特征：

1.一種mof衍生的碳納米管封裝鎳和二硒化鎳復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述鋅鹽為zn(no3)2·6h2o，所述第一溶劑為甲醇；所述溶液a的濃度為37~37.5?g/l；所述溶液b的濃度為40~42?g/l。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：s2中溶液a與溶液b的體積比為1:1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：s2中清洗方式為將產(chǎn)物與甲醇混合后離心，清洗次數(shù)為2~5次；真空干燥溫度為70?°c。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述鎳鹽為ni(no3)2·6h2o，所述第二溶劑為甲醇；所述溶液c的濃度為10?g/l；所述溶液d的濃度為150?g/l。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述溶液e中碳源zif-8與ni(no3)2·6h2o的質(zhì)量之比為5:3。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：s4中清洗方式為將產(chǎn)物與甲醇混合后離心，清洗次數(shù)為2~5次；真空干燥溫度為70?°c。

8.權(quán)利要求1~7任一項(xiàng)所述的制備方法制得的mof衍生的碳納米管封裝鎳和二硒化鎳復(fù)合電極材料。

9.權(quán)利要求8所述的mof衍生的碳納米管封裝鎳和二硒化鎳復(fù)合電極材料在制備超級(jí)電容器中的應(yīng)用。

10.權(quán)利要求8所述的mof衍生的碳納米管封裝鎳和二硒化鎳復(fù)合電極材料在去除廢水中cu2+中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種MOF衍生的碳納米管封裝鎳和二硒化鎳復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以類沸石咪唑酯骨架化合物ZIF?8為碳源，鎳鹽、硒粉分別為鎳源和硒源，經(jīng)過(guò)化學(xué)回流、高溫煅燒及化學(xué)氣象沉積反應(yīng)得到復(fù)合電極材料。本發(fā)明提出的制備方法成本低和工藝簡(jiǎn)單，并且得到的電極材料具有獨(dú)特的微納結(jié)構(gòu)，能夠有效解決過(guò)渡金屬硒化物材料在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中體積膨脹、顆粒聚集、粉化及電子/離子遷移速率低的問(wèn)題。將制備的復(fù)合電極材料應(yīng)用于超級(jí)電容器和電容去離子，分別表現(xiàn)出較高的比容量和優(yōu)異的Cu<supgt;2+</supgt;電化學(xué)吸附特性。

技術(shù)研發(fā)人員：趙洋,王飛,嚴(yán)宇俸,方雙鳳,龔欣茹,蔡佰航,閆明磊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19