[发明专利]一种石墨烯/铁基MOF超级电容器材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯/铁基MOF超级电容器材料，其特征在于，由以下步骤制备：(1)按照质量配比称取FeCl₃·6H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O、H₂BDC及DMF并将其混合均匀；(2)加入氧化石墨烯，搅拌1h，超声2h，再搅拌1h，待混合均匀后移入反应釜中；(3)在110～140℃下保温20～24h，自然冷却至室温，通过离心分离，然后将固体用DMF清洗3次得到前驱体；(4)将步骤(3)所得前驱体放入烘箱，在60～80℃真空干燥12h，得到石墨烯/铁基MOF超级电容器材料。在金属有机骨架材料合成的过程中，利用其自身条件，“一步法”得到了石墨烯‑铁基金属有机骨架复合材料；所制备出的RGO/MOFs复合材料形貌良好，结合紧密；氧化石墨烯的引入增强了材料的导电性，显著提高了材料的比电容。

技术领域

本发明属于电容器材料技术领域，具体涉及一种石墨烯/铁基MOF超级电容器材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一类介于普通电容和电池之间的新型储能元件，具有使用温度范围宽(-20℃-60℃)、充电时间短、输出功率高、无污染和寿命长等优点。而目前超级电容器的电极材料多采用碳材料、金属氧化物、或两者的复合材料。

金属有机骨架(Metal Organic Frameworks，MOFs)材料是一类主要由含氧或氮元素的有机配体与过渡金属离子连接而形成的多维周期性网状骨架材料。MOFs晶体具有三维的开孔道、较高的比表面积，以及规整、可调的孔结构和孔表面等特点，这些特点使得MOFs材料在吸附分离、气体储存、择形及手性催化、生物医药等许多研究领域获得了极大关注。MOFs材料像微孔和介孔分子筛一样拥有规则排列的孔道结构和特殊性质，因此MOFs在作为模板、催化、吸附及光、电、磁等诸多领域有广泛的应用。

石墨烯独特的二维结构和出色的固有的物理特性，诸如异常高的导电性和大表面积，石墨烯基材料在超级电容器中的应用具有极大的潜力。石墨烯基材料与传统的电极材料相比，在能量储存和释放的过程中，显示了一些新颖的特征和机制。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题在于提供一种石墨烯/铁基MOF超级电容器材料及其制备方法，制备出形貌良好，结合紧密的石墨烯-铁基金属有机骨架复合材料，将氧化石墨烯引入铁基MOF材料，以增强材料的导电性，提高材料的比电容。

为此，本发明提供了一种石墨烯/铁基MOF超级电容器材料，由以下步骤制备：

(1)按照质量配比称取FeCl₃·6H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O、H₂BDC及DMF并将其混合均匀；

(2)加入氧化石墨烯，搅拌1h，超声2h，再搅拌1h，待混合均匀后移入反应釜中；

(3)在110～140℃下保温20～24h，自然冷却至室温，通过离心分离，然后将固体用DMF清洗3次得到前驱体；

(4)将步骤(3)所得前驱体放入烘箱，在60～80℃真空干燥12h，得到石墨烯/铁基MOF超级电容器材料；

所述步骤(1)中各原料的摩尔比为：FeCl₃·6H₂O：Ni(NO₃)₂·6H₂O：H₂BDC：DMF＝1～2：0～2：1：16～282，所述步骤(2)中氧化石墨烯的加入量为0.5～2mg/ml。