[发明专利]铁掺杂镍/钴金属有机框架衍生硫化物纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了铁掺杂镍/钴金属有机框架衍生硫化物纳米片及其制备方法和应用，属于储能材料技术领域。六水硝酸镍、六水硝酸钴和九水硝酸铁溶于甲醇得到混合多金属的甲醇溶液，2‑甲基咪唑溶于甲醇得到2‑甲基咪唑的甲醇溶液，再将2‑甲基咪唑的甲醇溶液快速倒入混合多金属的甲醇溶液中，得到的混合溶液转移至含有泡沫镍的高压反应釜内，经溶剂热反应后洗涤干燥，得到铁掺杂镍/钴基金属有机框架纳米片，其与硫化剂的水溶液进行水热硫化反应，冷却后洗涤干燥，在泡沫镍上得到铁掺杂镍/钴基多金属硫化物纳米片，作为储能电极材料单电极比容量高达1919.6F.g^‑1，拥有良好的循环稳定性和倍率性，用于混合型超级电容器或电池。

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，涉及一种储能电极材料，具体涉及铁掺杂镍/钴金属有机框架衍生硫化物纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

超级电容器又称为电化学电容器，作为一种新型的储能设备受到人们越来越多的关注。与其他储能设备相比，超级电容器拥有众多优点，如快速充放电、长使用寿命、比电池更高的功率密度、较低的内阻以及比传统电容器更大的能量密度等，应用于便携式电子设备以及混合动力汽车领域，随着应用领域的不断扩展，储能需求量也在逐步提高。

电极材料是影响储能设备电化学性能的重要因素，金属有机框架材料由于更高的孔隙率、更大的比表面积、结构和功能的多样性而受到人们越来越多的关注，但较低的导电率限制其应用。金属有机框架衍生硫化物可以有效提升材料的电导率，如镍基硫化物、镍钴基硫化物以及铁掺杂镍/钴基硫化物等，相对于一元和二元金属硫化物，具有掺杂成分的多金属硫化物可以提供更丰富的氧化还原活性位点以及更好的导电性。但是，多元硫化物的制备复杂，其涉及的元素较多，需要控制的参数也比较复杂。

发明内容

为克服现有技术的上述不足，本发明的第一目的是提供铁掺杂镍/钴金属有机框架衍生硫化物纳米片，其比电容高，倍率性能好。

本发明的第二目的是提供上述铁掺杂镍/钴金属有机框架衍生硫化物纳米片的制备方法，方法准确可靠，操作简单易于生产。

本发明的第三目的是提供上述铁掺杂镍/钴金属有机框架衍生硫化物纳米片作为储能电极材料在混合型超级电容器或电池中的应用，具有高效储能效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的铁掺杂镍/钴金属有机框架衍生硫化物纳米片，经溶剂热法在泡沫镍上直接生长铁掺杂镍/钴基金属有机框架前驱体后通过水热硫化法在泡沫镍上得到。

本发明提供上述铁掺杂镍/钴金属有机框架衍生硫化物纳米片的制备方法，包括以下步骤：

(1)将六水硝酸镍、六水硝酸钴和九水硝酸铁溶于甲醇得到混合多金属的甲醇溶液，2-甲基咪唑溶于甲醇得到2-甲基咪唑的甲醇溶液，再将所述2-甲基咪唑的甲醇溶液快速倒入所述混合多金属的甲醇溶液中，得到的混合溶液转移至含有泡沫镍的高压反应釜内，经溶剂热反应后洗涤干燥，得到铁掺杂镍/钴基金属有机框架纳米片；

(2)步骤(1)得到的铁掺杂镍/钴基金属有机框架纳米片与硫化剂的水溶液进行水热硫化反应，冷却后洗涤干燥，在泡沫镍上得到铁掺杂镍/钴基多金属硫化物纳米片。

进一步，步骤(1)中，所述混合多金属的甲醇溶液中，六水硝酸镍的浓度为0.02–0.1mol.L^-1，六水硝酸钴的浓度为0.01–0.05mol.L^-1，九水硝酸铁的浓度为0.002–0.01mol.L^-1。

进一步，步骤(1)中，所述2-甲基咪唑的甲醇溶液中，2-甲基咪唑的浓度为0.1–0.5mol.L^-1。

进一步，步骤(1)中，所述高压反应釜为具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜。