[发明专利]MOF-5/PPy/GO纳米材料的制备方法及其在超级电容器方面的应用

说明书

本发明公开了MOF‑5/PPy/GO纳米材料的制备方法及其在超级电容器方面的应用。本发明是将4‑溴甲基苯甲酸修饰的聚吡咯/氧化石墨烯、Znsupgt;2+/supgt;和对苯二甲酸，在80℃下沉积反应48h，制备出具有特定结构的MOF‑5/PPy/GO纳米材料，之后将真空干燥后的MOF‑5/PPy/GO纳米材料涂抹在不锈钢片上，制备出基于MOF‑5/PPy/GO纳米材料的修饰电极。该电极材料因其独特的复合结构，载体有效增加了MOF的比表面积和导电性能，还有效提高了复合电极材料在水系电解液中的倍率性能与循环寿命。作为一种电极集流器基底应用于超级电容器中表现出高比电容等良好的电化学储能性能，在储能器件领域有着潜在的应用前景。

技术领域

本发明属于超级电容器领域，具体涉及MOF-5/PPy/GO纳米材料的制备方法及其在超级电容器方面的应用。

背景技术

由于对能源的需求不断增长，在众多电化学存储系统中，超级电容器展现了出色的独特性质。超级电容器，也被称为电化学电容器，是一种新型的能量存储设备，可以存储大量的电荷，在高功率额定值下传输，具有高功率密度以及出色的安全系数，在能源储存领域有着广泛的应用前景。

超级电容器由正极、负极、集流体、电解液和隔膜构成。其中电极材料是电荷存储的载体，决定了超级电容器的主要性能，目前由于能量密度低限制了超级电容器的广泛使用，因此，制备高容量的电极材料成为了解决能量密度低的有效方法之一。近年来，MOF-5衍生电极材料在储能领域引起了广大研究者的注意，该类材料通过电化学双层电容原理来实现电能储能，电荷吸附过程发生于材料的微孔结构之间，使其能够存储高能量密度的电荷，产生较高的电容值。这类材料电容值高，功率密度大，但作为电容器电极材料，导电效率较差、循环稳定性能较差，这些问题都大大限制了MOF-5衍生材料在超级电容器储能领域的应用。

以聚吡咯/氧化石墨烯作为MOF-5的载体制备的复合材料具有独特的层状织构，并保留了MOF-5和聚吡咯/石墨烯的原有形貌。这些复合材料与其原始的MOF相比，其吸附容量有所增加，这归因于在MOF和聚吡咯/氧化石墨烯之间创造了新的立体空间。得益于空间结构的增强，其循环稳定性能提高，对MOF-5衍生材料在超级电容器方面的优化有着重大意义。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供MOF-5/PPy/GO纳米材料的制备方法及其在超级电容器方面的应用，该复合物具有较高的电容量、循环稳定性和良好的倍率性能。

本发明采用的技术方案为：

MOF-5/PPy/GO纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

1)在超声辐射的条件下，将吡咯(Py)原位化学聚合于GO纳米片上，得到聚吡咯/氧化石墨烯(PPy/GO)纳米片；

2)在油浴加热的条件下，将4-溴甲基苯甲酸修饰到步骤1)得到的PPy/GO纳米片上，得到PBA/PPy/GO纳米片；

3)将步骤2)得到的PBA/PPy/GO纳米片和对苯二甲酸分散于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，然后加入硝酸锌，将MOF-5金属有机框架负载到PBA/PPy/GO纳米片上，得到MOF-5/聚吡咯/氧化石墨烯(MOF-5/PPy/GO)纳米材料。

优选的，上述MOF-5/PPy/GO纳米材料的制备方法，步骤1)具体为：将0.2g GO纳米片加入到100mL去离子水中，超声分散，再加入0.2g Py，超声分散后加入0.6g FeCl₃·6H₂O，继续超声0.5h，所得产物依次用蒸馏水和乙醇进行洗涤，离心，50℃真空干燥，得到PPy/GO纳米片。