[发明专利]一种共价有机框架材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种共价有机框架材料及其制备方法和应用，属于共价有机框架电极材料制备技术领域。本发明解决了现有共价有机框架材料作为超级电容器的电极材料时存在的问题。本发明采用来源广泛、成本低廉的原料合成共价有机框架材料COF‑ET23和COF‑ET24，上述材料在恒电流充放电测试结果中能够完整地表现出近三角形状，出现了明显的充放电平台，且在5000mA/g时，共价有机框架材料COF‑ET23和COF‑ET24的质量比电容分别可达2954F/g和2854F/g；在经过10000次循环后，共价有机框架材料COF‑ET23和COF‑ET24的比电容依然可以保持到初始容量的95%和88%。

技术领域

本发明涉及一种共价有机框架材料及其制备方法和应用，属于共价有机框架电极材料制备技术领域。

背景技术

超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的一种高效、环保的新型储能装置，既有传统电容器可以快速充放电的特点，也具有电池的储能特性，是一种新型的电化学储能装置，可广泛应用在交通与运输、工业、电力能源、日常应用等多个领域，特别是在交通与运输领域，其工作温度范围宽、低温性能良好的特点解决了新能源汽车在低温环境下难以启动的问题。然而现有超级电容器的能量密度上还有着较大的提升空间，存储相同的能量的情况下，超级电容器往往在质量和体积方面不占有优势，严重限制了超级电容器在更大范围内的应用。由于超级电容器的能量密度与比电容成正比，所以可以通过增加比电容来提高其能量密度。而超级电容器的比电容可以通过选择合适的电极材料来实现，因此，寻找和制备具有较大比电容和优良循环稳定性的超级电容器电极材料是必要的。

共价有机框架材料（Covalent Organic Frameworks, COFs）是一类新型的多孔有机纳米材料，与传统的电极材料相比，共价有机框架材料（COFs）不但拥有高的比表面积来为电荷的存储提供界面，而且其多孔性且孔径易于调控、孔径分布均一等特点，为电解液的扩散提供了良好的通道，然而，这种材料固有的迟钝电子转移特性以及结构的堆积效应阻碍了其在超级电容器电极材料中的应用，因此许多研究者致力于设计功能性有机框架以此实现高性能的电极材料。尽管取得了一定进展，但是结果与实际应用仍存在较大的差距。因此，提供一种新型共价有机框架材料来代替传统的电极材料，并在超级电容器中展现出了优异的性能和应用前景是十分必要的。

发明内容

本发明为了解决现有共价有机框架材料作为超级电容器的电极材料时存在的上述问题，提供一种可以替代传统的电极材料，并在超级电容器中展现出了优异的性能的共价有机框架材料及其制备方法。

本发明的技术方案：

本发明的目的之一是提供一种共价有机框架材料，该材料具有下述结构：

或，其中简称为COF-ET23，简称为COF-ET24。

本发明的目的之二是提供上述共价有机框架材料的制备方法，该方法为；将配体、三醛基间苯三酚、1,4-二氧六环、均三甲苯和醋酸混合反应，反应结束降温冷却，然后依次使用热N, N-二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环、甲醇、丙酮和四氢呋喃冲洗，再然后使用甲醇和N, N-二甲基甲酰胺混合液作为提取溶剂进行索氏提取，得到产物即为共价有机框架材料。

进一步限定，配体、三醛基间苯三酚、1,4-二氧六环、均三甲苯和醋酸的配比为：0.3mmol：0.3mmol：10mL：10mL：1mL。

进一步限定，热N, N-二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环、甲醇、丙酮和四氢呋喃的体积比为1:1:1:1:1。

进一步限定，热N, N-二甲基甲酰胺的温度为100℃。