[发明专利]具有多级孔电极复合材料GO-C@M(OH)2

说明书

本发明涉及一种具有多级孔电极复合材料GO‑C@M(OH)₂及制备方法和应用，包括以下步骤：(1)将多孔海绵浸泡在GO溶液中，得到GO修饰多孔海绵，其中多孔海绵与GO的质量比为1:(0.1～1)；(2)采用水热反应将微孔MOFs生长在GO修饰多孔海绵上，再进行碳化得到GO‑C@M材料；其中M为MOFs中的金属离子；(3)GO‑C@M材料与含硫化合物进行水热反应制备GO‑C@MSO₄，GO‑C@MSO₄在碱性溶液中浸泡，得到电极复合材料GO‑C@M(OH)₂。本发明所得材料具有多级孔结构并具有很大的比表面积，可以有效的防止氢氧化物纳米粒子的团聚，从而提高电极材料的活性点，提高复合材料的电化学性能。

技术领域

本发明涉及复合电极材料领域，具体涉及一种具有多级孔电极复合材料GO-C@M(OH)₂及制备方法和应用。

背景技术

随着化石能源的不断消耗，能源危机和环境污染的日趋严重，世界各国都在寻找能够替代化石能源的清洁、高效和可持续的能源。超级电容器是一种不同于传统电容器和蓄电池的新型储能材料，因其具有高功率密度、低使用风险、快速充放电等特点而在最近几年受到广泛关注。而电极材料是决定超级电容器电化学性能关键因素，因此研究具有更高比电容及电化学性能的电极材料是目前超级电容器研究热点。

在各种电极材料中，过渡金属氢氧化物由于具有较高的比电容和能量密度，受到研究者的广泛关注，被认为是超级电容器最佳电极材料的候选之一。过渡金属氢氧化物在合成制备时易发生团聚，大部分过渡金属氢氧化物为片状堆积结构，这种堆积结构不利于活性点的暴露，同时单纯金属氢氧化物导电性不好不利于电极电子的传输，这些因素限制了过渡金属氢氧化物在超级电容器电极材料上的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种具有多级孔电极复合材料GO-C@M(OH)₂及制备方法和应用，解决现有技术中过渡金属氢氧化物易团聚、活性点低以及导电性不好的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明制备方法的技术方案是：

包括以下步骤：

(1)将多孔海绵浸泡在GO溶液中，得到GO修饰多孔海绵，其中多孔海绵与GO的质量比为1:(0.1～1)；

(2)采用水热反应将微孔MOFs生长在GO修饰多孔海绵上，制备出GO-多孔海绵@MOFs复合材料，再进行碳化得到GO-C@M材料；其中M为MOFs中的金属离子；

(3)GO-C@M材料与含硫化合物进行水热反应制备GO-C@MSO₄，GO-C@MSO₄在碱性溶液中浸泡，得到电极复合材料GO-C@M(OH)₂。

进一步地，海绵为聚氨酯海绵、三聚氰胺海绵、聚苯乙烯海绵、聚乙烯海绵或聚有机硅海绵。

进一步地，GO溶液的浓度为1～10mg/mL，GO溶液中溶剂为水、乙醇、甲醇及DMF中的一种或多种任意比例的混合物。

进一步地，步骤(2)中，MOFs的原料包括金属源和咪唑类配体，其中GO修饰多孔海绵和金属源的质量比为1：(1～5)：咪唑类配体和金属源的摩尔比在5以上。

进一步地，步骤(2)水热反应中，金属源的浓度为0.05～0.2g/mL；金属源包括硝酸铜、硝酸锌或硝酸钴。

进一步地，步骤(2)水热反应是在50～100℃水热反应12～24小时；碳化是在500～800℃碳化2～5小时。

进一步地，步骤(3)中，含硫化合物为硫代乙酰胺，水热反应中，GO-C@M、硫代乙酰胺和溶剂的比例为0.1g:(0.1～0.3)g:(10～25)mL；步骤(3)中水热反应是在130～150℃反应12～24h。