[发明专利]一种中空花状HP-TN-COFs的制备及其应用

说明书

本发明公开了一种中空花状HP‑TN‑COFs的制备及其应用。HP‑TN‑COFs采用溶剂热法一步即可完成，过程简单，易于操作，材料尺寸为5～7μm，中空花状的结构提供了较大尺寸的孔道，易于电解质离子传输，有利于其电化学储能性质的提升；基于该材料制备的HP‑TN‑COFs/PPy复合柔性透明电极和以该复合电极材料为基础制备的电容器均具有良好的机械性能，在大角度弯折下仍能保持电容稳定，且产品的光学透过率高，可为全透明集成器件的发展提供更为广阔的思路。

技术领域

本发明涉及电容技术领域，具体是涉及一种中空花状HP-TN-COFs的制备及其在柔性透明全固态超级电容器中的应用。

背景技术

随着科学技术、工业化和信息化的快速发展，未来的电子设备必须同时具备轻量级、便携性和灵活性等特性才能满足发展所需，这就要求为电子产品提供能量的储存器件具有轻、薄、柔等特点，这就对透明柔性电子学器件提出了更高的要求。其中，透明度是至关重要的，特别是对于先进的光电设备而言。然而，在实现透明、集成和灵活的储能模块方面仍存在较大挑战，全透明集成器件的发展受到各方面的限制。

超级电容器具有功率密度高、比传统介质电容器能量密度高、循环寿命长、安全性高等优点，是一种极具吸引力的储能设备。透明超级电容器被认为是下一代可穿戴和视觉电子产品，如可卷起的显示器和可弯曲的电子报纸的潜在储能元件。

众所周知，聚吡咯(PPy)是一种典型的导电聚合物，其因固有的柔韧性和导电性在柔性储能领域具有极大的优势，且其在酸性电解液中具有易于合成、容量优越、柔韧性好、稳定性好等优点，在超级电容器领域的应用前景广阔。

共价有机骨架(COFs)作为一种新兴的结晶性有机多孔材料，由于其具备高结晶度、大比表面积和丰富的反应位点等特性，在药物释放、催化、能量储存和气体储存等领域具有巨大的应用潜力。但其内部结构缺陷限制了长程晶体的生长和微纳米形貌的多样性。而合理的形貌设计可以有效地提高微纳米材料的性能和应用价值。空心球形或管状结构的COFs因具备中空孔道而为电解质离子传输提供了有效路径，使得该类材料适于应用在电子储能领域中，但该类结构的COFs的尺寸较小，且孔道结构单一，为提高电化学性能，电解质离子传输效率仍有待进一步提高；且此类结构的COFs主要通过模板辅助法制备，模板辅助法的后处理过程复杂，对空心结构的损伤较大。

因此，基于现有技术中存在的不足，有必要对骨架材料的制备方法进行更为合理的改进并通过改变反应条件对合成的骨架材料的形貌进行更为合理的设计。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，通过溶剂热法一步合成具有中空花状结构的HP-TN-COFs，整体制备过程简单，合成材料可提供较大尺寸的孔道，易于电解质离子传输，在电化学储能领域具有较好的应用前景，且以该材料制备的电极和电容器具有较高的光学透过率，可为全透明集成器件的发展提供更为广阔的思路。

本发明的技术方案为：

一种中空花状HP-TN-COFs的制备方法，具体制备步骤为：

a、在聚合管中先加入2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯，四氟对苯二氰基，然后加入1,4-二恶烷，超声震荡，加入三乙胺，超声震荡；

b、先利用液氮冷冻5min-抽气-解冻，重复该过程三次，在真空条件下密封；

c、将聚合管置于120℃烘箱中反应，抽滤并用DMF、四氢呋喃洗涤，所得产物置于DMF溶液中，于50℃条件下进行搅拌，并用四氢呋喃索氏提取；

d、所得产物放入真空干燥箱中，于120℃条件下烘干。

进一步地，所得HP-TN-COFs材料为中空花状，尺寸为5～7μm。

根据上述HP-TN-COFs制备HP-TN-COFs/PPy复合柔性透明电极的方法，其特征在于，具体步骤为：