[发明专利]一种金属有机框架衍生钴镍硼硫化物材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种金属有机框架衍生钴镍硼硫化物材料及其制备方法与应用，针对性超级电容器应用对该金属有机框架衍生钴镍硼硫化物材料的制备进行重新设计，并具体通过对制备方法的整体流程工艺设计、各个步骤所采用的参数条件进行选择和优化，通过对钴镍硼硫化物材料的具体组成及微观形貌进行优化控制，相应能够获得电化学性能大幅提高的钴镍硼硫化物电极材料。

技术领域

本发明属于新能源材料与电化学能量转换器件领域，更具体地，涉及一种金属有机框架衍生钴镍硼硫化物材料及其制备方法与应用，该金属有机框架衍生钴镍硼硫化物材料是电极材料，可作为超级电容器应用。

背景技术

目前，超级电容器由于高功率密度、快速再充电能力和优异的循环寿命等优势而备受关注。探索具有高电容，无毒性的新型低成本超级电容器电极材料已成为当前研究的热门话题。作为常见的电极材料之一，过渡金属硫化物因其富氧化还原反应和良好的导电性而被广泛研究。特别是，一些双金属硫化物，如FeCo₂S₄， Zn-Co-S和Co₂NiS₄，由于其多重硫化状态和低电负性，作为电极材料具有可逆的法拉第反应和优异的导电性。并且它们通常比单组分硫化物具有更丰富的氧化还原活性位点，从而进一步提高电化学性能。其中，Co-Ni双金属硫化物由于其优异的电子传导性，廉价性和热稳定性等特点，被认为是最有希望的氧化还原电极材料。

金属有机框架(Metal-Organic Framework，MOFs)是一类由金属离子或金属簇和有机配体组成的无机-有机杂化晶体材料，具有各种各样的晶体结构和形貌，同时具有高表面积和高孔隙率等优点。MOFs作为前驱体或模板剂，可以通过简单的热处理，转化为碳、金属氧化物/氢氧化物、金属硫化物及其复合材料，不仅可以获得大的比表面积，还可保持其原始形貌及孔洞特性。Han等人在泡沫镍上制备了分级的镍-钴硫化物纳米片阵列，不仅保留了MOFs本身的形貌，而且在0.5A g^-1下具有1406.9F g^-1的高比电容[Han Q et al.,Dalton Trans,2018,47,3496-3502]。具有特定纳米片形态的MOFs具有较大的表面积和表面上高密度的活性位点。目前大部分电极材料会通过各种模板法来达到增大材料比表面积以增大与电解液的接触而增强其电容储存，势必造成制备的浪费。

独特的3D分层结构，其大的表面积有利于表面的电化学反应，还可以有效促进快速离子传输，从而提高比容量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种金属有机框架衍生钴镍硼硫化物材料及其制备方法与应用，本发明针对性超级电容器应用对该金属有机框架衍生钴镍硼硫化物材料的制备进行重新设计，具体通过对制备方法的整体流程工艺设计、各个步骤所采用的参数条件(如反应物的物料比等) 进行改进和进一步优选，可对钴镍硼硫化物材料的具体组成及微观形貌进行进一步优化控制，相应能够获得电化学性能大幅提高的钴镍硼硫化物电极材料，与现有技术相比能够有效解决目前商业电极材料在价格上的劣势及比容量、稳定性等电化学特性不理想的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种金属有机框架衍生钴镍硼硫化物材料，该材料是以金属有机框架化合物为前驱体，再依次通过硼化及硫化处理后制备得到的钴镍硼硫化物材料，即Co-Ni MOF-B-S。

优选的，该钴镍硼硫化物材料具有均匀纳米片形貌。

本发明的另一个方面，提供了一种金属有机框架衍生钴镍硼硫化物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将可溶钴盐和可溶镍盐按一定摩尔比，在剧烈的磁力搅拌下溶解在有机溶剂中，得到溶液Ⅰ；同时，将有机配体溶解在有机溶剂中，得到溶液Ⅱ；接着将两者混合，搅拌均匀后，将混合溶液转移到不锈钢反应釜中，进行溶剂热反应，反应结束后干燥，得到钴镍金属有机框架，即Co-Ni MOF；