[发明专利]一种GO/Cu-HHTP复合材料的制备及其在电化学储能中的应用

说明书

本发明公开了一种GO/Cu‑HHTP复合材料的制备及其在电化学储能中的应用。GO/Cu‑HHTP复合材料是在常压水热条件下，将GO、Cu(NO₃)₂·3H₂O、HHTP分散在DMF和H₂O的混合溶剂中反应制备而成的。本发明首次构建GO/Cu‑HHTP复合材料，且制备该材料的操作简单，水热条件下即可完成；同时，本发明首次采用不添加任何导电剂的手段制备GO/Cu‑HHTP复合材料工作电极；该复合材料具有较高的比表面积、较多的活性位点和较高的导电性，其储能性能优于单一的Cu‑HHTP和GO材料。

技术领域

本发明涉及电容技术领域，具体是涉及一种GO/Cu-HHTP复合材料的制备及其在电化学储能中的应用。

背景技术

近年来，超级电容器由于具有快速充放电、高比电容、安全环保等特点，已经部分取代现有的可充电电池，被应用在移动电子产品和电动汽车等领域。超级电容器被认为是最适合用于弥合低能量密度电容器和低功率密度锂离子电池之间差距的能量系统，但是，与电池相比，其在能量输出方面还有待提高。

金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)材料是一种利用有机配体与金属离子间的配位作用通过自组装形成的具有周期性网状骨架结构的多孔材料，被认为是超级电容器的潜在电极。但是，大多数原始MOFs的导电性很差，限制了其在电化学领域的应用。为了提高它们的导电性，MOFs通常被热解成碳(不再是MOF)或者与导电材料(炭黑)复合，然而，导电添加剂的使用会降低MOF的有效比表面积。接着，有研究学者提出如果巨大比表面积的MOF能结合导电的特性，那么MOF材料在电化学领域的应用必将取得开拓性的进展，π-d共轭导电MOF的出现就解决了这一问题，过渡金属离子提供空的d轨道，配体提供一个离域的大π键，形成π-d共轭效应，这种结构有利于离子电子的传输，因此具有导电性能。最近，Dinca课题组报道了一种具有导电性的Ni₃(HITP)₂(HITP＝2,3,6,7,10,11-六氨基三亚苯基)MOFs，该MOF材料的孔径是1.5nm，被四个氨基配位的Ni是一个共轭的共平面结构，配体具有一个离域的大π键。将粉末产物压制成片状结构，可用作超级电容器的电极。但是，颗粒间的晶界降低了离子/电子的传输效率，进而限制了性能的进一步提升。而将具有导电性的π-d共轭MOFs与其他具有电化学活性的二维纳米材料复合，有望克服这一缺点，实现更高的电容。同时，利用复合材料协同增效的效果，可以防止导电MOFs在充放电过程中发生堆叠，进而提高MOFs的稳定性。截至目前为止，π-d共轭导电MOFs与2D材料复合的研究仍未见诸报道。

氧化石墨烯(Graphene Oxide，GO)是石墨烯的氧化衍生物，具有较大的比表面积、超薄的二维结构和良好的机械强度。同时，GO的含氧官能团提供了大量的功能化位点。Konstantinov课题组将GO与多壁碳纳米管(MWCNT)进行复合，构建了GO/MWCNT复合材料。通过发挥二者的协同增效作用，使GO/MWCNT复合材料展现出优于单一材料的储能性质。截至目前，通过将GO与MOFs进行复合，构建GO/MOFs复合材料，增强MOFs电化学储能性质的研究仍鲜有报道。基于此，在本发明中，我们首次将2DGO引入到π-d共轭导电Cu-HHTPMOFs中，构建GO/Cu-HHTP复合材料，通过发挥二者的协同增效作用，实现充放电过程中离子/电子的有效传输，进而提高体系的储能性质。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，发展一种低成本、低能耗、工艺简单的溶剂热法来制备一种GO/Cu-HHTP复合材料并探究其在储能领域的应用。

本发明的技术方案为：一种GO/Cu-HHTP复合材料的制备方法，具体操作步骤为：

(1)将单层氧化石墨烯(GO)纳米片溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和H₂O的混合溶剂中，混合均匀；