[发明专利]MIL‑101(Cr)@TiO2在电极材料中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及能量转化和储存技术领域，尤其涉及一种MIL-101(Cr)@TiO₂在电极材料中的应用及电极材料。

背景技术

随着全球经济的快速发展，能源危机逐渐显著，新型能源材料的制备和新的能量转化储存方式的探索成为人们研究的重点和亟待解决的问题。超级电容器是一种性能介于传统电容器和化学电池之间的新型储能元件。与传统电容器相比，超级电容器具有更高的能量密度；与化学电池相比，超级电容器具有更大的功率密度。目前，超级电容器的研究主要集中在高性能的电极材料的制备上，其中多孔金属氧化物由于其在光催化、电化学储能和异质结光伏等领域的优越性能吸引了人们对其作为电极材料进行了研究。研究发现，高的比表面积和良好的结晶度是其具有优越性能的关键因素。纳米级的TiO₂由于其出色的光电性质，在光催化领域有许多系统的研究。研究表明，通过多孔材料(如沸石、碳纳米管、石墨烯等)负载而提高稳定性的二氧化钛纳米粒子可以有效提高其吸附能力和光催化效率。

金属-有机骨架(MOF)材料是一类通过不同的构建单元构建形成的具有可控孔尺寸和独特孔道结构的结晶性多孔材料，其较高的比表面积及其在储气、催化、传感、吸附和分离等方面的应用受到人们广泛的关注。而且，由于其独特的孔道结构使得其可以作为控制不同尺度大小纳米粒子形成的基底材料。

目前，MOF-金属氧化物复合物主要用于氧化脱硫、大分子反应的催化剂、光电传感器领域，如张春梅公开了MOF-金属氧化物复合物用作傅克反应的催化剂(《MIL-101系列材料的合成及性能研究》，张春梅，哈尔滨工业大学，2014)；Zhan等通过自模板法合成了ZnO@ZIF-8纳米棒和纳米管状阵列，此类复合材料有望用于制备高灵敏度、高选择性的光电传感器(参见《Semiconductor@Metal–Organic Framework Core-Shell Heterostructures:A Case of ZnO@ZIF-8Nanorods with Selective Photoelectrochemical Response》，Zhan W W et al.,J.Am.Chem.Soc.,2013,135(5),pp 1926-1933)；路静静公开了Fe₃O₄纳米粒子@MIL-53(Fe)复合物具有一定的脱硫活性(参见《金属/金属氧化物@MIL-53的合成表征及催化性能》，路静静，长春工业大学，2015)。现有技术中并没有关于MIL-101(Cr)@TiO₂复合物用作电极材料的相关报道。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种MIL-101(Cr)@TiO₂在电极材料中的应用，具有较高的电化学性能和循环稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种MIL-101(Cr)@TiO₂复合物在电极材料中的应用，作为电极材料中的电极活性物质。

一种电极材料，包括以下质量含量的组分：MIL-101(Cr)@TiO₂：75～80％、超导炭黑：15～20％和聚四氟乙烯：5％。

本发明还提供上述技术方案所述电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将四氯化钛和MIL-101(Cr)与水混合，得到沉淀；

(2)将所述步骤(1)得到的沉淀与水进行水热反应，得到MIL-101(Cr)@TiO₂复合物；

(3)将所述步骤(2)得到的MIL-101(Cr)@TiO₂复合物和超导炭黑与聚四氟乙烯混合，得到电极材料。

优选地，所述步骤(2)中水热反应的温度为150～180℃，所述水热反应的时间为8～12h。

优选地，所述步骤(2)中沉淀与水的质量比为1：20～30。

优选地，所述步骤(1)中水的温度为0～10℃。

优选地，所述步骤(1)中四氯化钛的体积与MIL-101(Cr)的质量之比为3～5mL：2～3g。

优选地，所述步骤(1)中四氯化钛与水的体积比为0.3～0.5：70～100。

优选地，所述步骤(2)中水热反应完成后还包括：将得到的水热反应产物依次分离、洗涤和真空干燥。

本发明还提供了一种电容器，包括上述技术方案所述的电极材料或上述技术方案所述制备方法得到的电极材料。