Zn掺杂Ni-MOF自支撑复合电极及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电池技术，具体涉及zn掺杂ni-mof自支撑复合电极及其制备方法和应用。

背景技术：

传统超级电容器电极制作工艺中，一般是将活性物质与导电剂和粘结剂混合后负载在集流体上，再在集流体上焊接上金属条作为极耳，从而制得电极。由于粘结剂的加入，这种方法制得电极的导电性比较差，另外极耳的焊接增加了成本，且整个过程工艺复杂，成本较高。自支撑结构的电极靠一次成型得到，工艺简单，不仅可以降低生产成本，并且不使用导电性差的粘结剂，可以大大提高整个电极的导电能力，从而有利于活性物质电化学性能的提高，因此，制备自支撑结构的电极对于超级电容器电极材料的研究及超级电容器技术的发展都具有重要意义。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明提供了zn掺杂ni-mof自支撑复合电极及其制备方法和应用。

本发明的技术方案是：zn掺杂ni-mof自支撑复合电极的制备方法，将泡沫镍放置在坩埚中，再将坩埚放入高温管式炉中，将管式炉抽成真空，通入ar和h2，将高温管式炉程序设置为以50℃min-1的速率升温至1000℃，恒温10min后通入ch4，之后接着恒温1h，然后关闭h2和ch4，自然冷却至室温后，关闭ar，得到泡沫镍/泡沫石墨烯电极；取6.5mldmf和4ml乙二醇，在烧杯中组成混合溶液，依次加入0.024g对苯二甲酸，0.04g的硝酸镍(ni(no3)26h2o)和0.044g的zn(no3)2，用磁力搅拌器室温下搅拌1小时；将所得的泡沫镍/泡沫石墨烯电极即nf-gf电极放入40ml的反应釜内衬底部，之后将(3)步骤的溶液倒入，将该反应釜放入鼓风干燥箱，设定参数为150℃，恒温6h后自然冷却；将反应釜从真空干燥箱中取出，将反应后的电极片取出，依次用dmf、丙酮分别清洗3次；将洗后的电极片放入真空干燥箱，80℃，24h后烘干得到nf/gf/zn-dopedni-mof自支撑复合电极。

本发明的进一步改进包括：

所述泡沫镍还包括预处理，具体包括将剪切好的泡沫镍放入烧杯中，加入丙酮，在超声波清洗机中超声10min。然后，放入真空干燥箱中80℃烘24h。

所述通入ar、h2和ch4速率分别为200sccm、100sccm和100sccm。

本发明的另一目的在于提供了一种按照上述方法制得的zn掺杂ni-mof自支撑复合电极。

本发明还提供了zn掺杂ni-mof自支撑复合电极在制备超级电容器中的应用。

本发明通过气相沉积法和溶剂热法得到nf/gf/zn-dopedni-mof自支撑复合电极，文献中尚无相关报道。本发明首次制备得到这种三相复合结构的自支撑电极，并研究了它在超级电容器性能。发明结果表明，该电极具有较高的赝电容储能特性，在0.5ag^-1电流密度下的最大比容量可以达到2552fg^-1。

附图说明

图1本发明制备的nf/gf/zn-dopedni-mof自支撑复合电极的xrd图。

图2本发明所制备的nf/gf/zn-dopedni-mof自支撑复合电极的扫描电镜图。

图3本发明所制备的nf/gf/zn-dopedni-mof自支撑复合电极的电化学性能测试图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。

实施例1

(1)将泡沫镍(nf)剪成的形状(1×1×1.5cm)，放入烧杯中，加入丙酮，在超声波清洗机中超声10min。然后，放入真空干燥箱中80℃烘24h；

(2)将(1)中的nf放置在坩埚中，再将坩埚放入高温管式炉中，将管式炉抽成真空，通入ar(200sccm)和h2(100sccm)，将高温管式炉程序设置为以50℃m的速率升温至1000℃，恒温10min后通入ch4(100sccm)，之后接着恒温1h，到达时间后，关闭h2和ch4，自然冷却至室温后，关闭ar，得到泡沫镍/泡沫石墨烯(nf/gf电极)

(3)取6.5mldmf和4ml乙二醇，在烧杯中组成混合溶液，依次加入0.024g对苯二甲酸，0.04g的硝酸镍(ni(no3)26h2o)和0.044g的zn(no3)2，用磁力搅拌器室温下搅拌1小时。

(4)将(2)步骤所得的nf-gf电极放入40ml的反应釜内衬底部，之后将(3)步骤的溶液倒入，将该反应釜放入鼓风干燥箱，设定参数为150℃，恒温6h后自然冷却。

(5)将反应釜从真空干燥箱中取出，将反应后的电极片取出，依次用dmf、丙酮分别清洗3次。

(6)将洗后的电极片放入真空干燥箱，80℃，24h后烘干得到nf/gf/zn-dopedni-mof自支撑复合电极。

(7)配置5m氢氧化钾溶液作为电解液，直接以上述得到的电极为工作电极，铂片电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，组成三电极体系，进行电化学性能的测试。浸泡24h后进行电化学性能的测试。测试的电压范围为0-0.35v，测试温度为室温。

检测结果：如图1所示本实验制备的nf/gf/zn-dopedni-mof自支撑复合电极的xrd图。从图上可以看出该电极是ni，gf，ni-mof三者的复合物。其中10度左右的峰左移，是因为zn的掺杂使其晶格间距增大的缘故，从而也证实了该样品是泡沫镍、泡沫石墨烯和zn掺杂的ni-mof三者的复合物。从图2可以看出，本实验方案制备得到的复合电极在微观上呈现出针状纳米线的形态。如图3本实验所制备的nf/gf/zn-dopedni-mof自支撑复合电极的电化学性能测试图：a)各个扫描速度下的循环伏安曲线；b)各个电流密度下的充放电曲线。从图中可以看出，该电极表现出明显的赝电容特性，在0.5ag^-1的电流密度下，最大比容量可以达到2551fg^-1。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：

技术总结
本发明公开了Zn掺杂Ni‑MOF自支撑复合电极及其制备方法和应用。采用气相沉积和溶剂热法制备得到NF/GF/Zn‑doped Ni‑MOF自支撑复合电极。本发明通过气相沉积法和溶剂热法得到NF/GF/Zn‑doped Ni‑MOF自支撑复合电极。本发明首次制备得到这种三相复合结构的自支撑电极，并研究了它在超级电容器性能。发明结果表明，该电极具有较高的赝电容储能特性，在0.5Ag‑1电流密度下的最大比容量可以达到2552Fg‑1。

技术研发人员：杨杰;陈改荣;马志华;王刘杰;张晨阳;姚文惠
受保护的技术使用者：新乡学院
技术研发日：2018.07.02
技术公布日：2018.12.18