[发明专利]一种氧化石墨烯/MOF衍生多孔钴氧化物/石墨烯材料及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种氧化石墨烯/MOF衍生多孔钴氧化物/石墨烯材料及其制备和应用，该方法包括以下步骤：(1)往氧化石墨烯溶液中加入六氰基钴酸钾溶液，超声混合，再加入氯化钴溶液，得到反应液；(2)将反应液进行原位聚合反应，即得到复合材料前驱体；(3)将复合材料前驱体依次离心、干燥和煅烧，即得到目的产物。与现有技术相比，本发明的制备方法环境友好，制备工序简单易操作，便于工业生产，在超级电容器领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于材料科学和电化学技术领域，涉及一种氧化石墨烯/MOF衍生多孔钴氧化物/石墨烯材料及其制备和应用。

背景技术

在日益增长的能源消耗和环境挑战的驱动下，对高效、环保和可靠的储能装置的需求得到了越来越多的重视。在各种电化学储能装置中，可充电电池和超级电容器被认为是最有前途的选择。为了满足高能耗的持续需求，迫切需要一种具有高能量密度(提供更多能量)和大功率密度(提高充电/放电效率)的装置。超级电容器由于具有快速充电、高循环稳定性和高功率密度优势，成为了最有潜力的电源装置。然而超级电容器可以提供比传统固态电容器更高的能量密度(～5W h kg^-1)，但仍然显著低于电池(高达200W h kg^-1)和燃料电池(高达350W h kg^-1)，限制了超级电容器的商业化应用。

目前，超级电容器的电极材料主要包括高比表面积的碳族材料(活性炭、碳纳米管、石墨烯)和Co₃O₄，NiO，Co(OH)₂，MoS₂，NiCo₂S₄等过渡态金属氧化物/硫化物，其中最重要的是Co基氧化物Co₃O₄材料，过渡金属氧化物因其优良的电化学性能和相对低廉的成本引起了超级电容器的广泛关注，但是自身导电性差，以及比表面积小，造成其吸附电子的效率低。多孔Co氧化物Co₃O₄金属有机骨架(MOFs)，是一类由金属阳离子和有机键组成的新型多孔材料，因其大表面积、多孔性和可调结构等优势。当MOF被用作金属氧化物材料前驱体，为金属氧化物引进了多孔特性，从而有效地提高金属氧化物比表面积可以有效增加电子传输通道和缩短电解质离子扩散路径。因此，MOF衍生的金属氧化物，成为了下一代超级电容器电极的首选。通过钴基MOF衍生的多孔Co氧化物Co₃O₄将在高电流密度下，显示更高的比电容和更好的倍率性能。

但是，Co氧化物虽然引入多孔特性，可以增加电子的吸附能力，然而自身的导电性依然无法提高，从而导致其在电容器方面应用受限。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种氧化石墨烯/MOF衍生多孔钴氧化物/石墨烯材料及其制备和应用，使得其应用在超级电容器中时可实现更高的比电容和更好的倍率性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种氧化石墨烯/MOF衍生多孔钴氧化物/石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)往氧化石墨烯溶液中加入六氰基钴酸钾溶液，超声混合，再加入氯化钴溶液，得到反应液；

(2)将反应液进行原位聚合反应，即得到复合材料前驱体；

(3)将复合材料前驱体依次离心、干燥和煅烧，即得到目的产物。

进一步的，步骤(1)中，六氰基钴酸钾溶液、氯化钴溶液和氧化石墨烯溶液的体积比为1:(5-15):(300-500)，优选为1:10:400。

进一步的，步骤(1)中，氧化石墨烯溶液的浓度为0.5mg/ml。

进一步的，步骤(1)中，六氰基钴酸钾溶液的浓度为0.5M，氯化钴溶液的浓度为0.5M。