一种非共价杂化MOF石墨烯气凝胶/钼电容器电极材料的制备方法与流程

一种非共价杂化mof石墨烯气凝胶/钼电容器电极材料的制备方法
技术领域
1.本发明属于电极材料的制备领域，具体涉及一种非共价杂化 mof石墨烯气凝胶/钼电容器电极材料的制备方法。


背景技术：

2.钼因其高离子电导率和高碱金属阳离子容量而特别吸引人，使其适用于超级电容器。晶体层间通过范德华力堆叠。层之间的弱相互作用促进了离子的嵌入和脱嵌。此外，离子嵌入层间空间较大，氧化还原反应中mo 的氧化态范围(mo
2
∼
mo
6
) 较宽。因此，它作为赝电容器的电极材料具有良好的前景。然而，mo具有低电导率的缺陷并且在制备过程中容易团聚，这可能导致低离子转移率并限制活性材料和电解质之间的有效接触。克服这些缺点的有效方法是利用导电材料作为衬底来限制其生长并提高其导电性。石墨烯因其良好的导电性、大的表面积和出色的化学稳定性而成为具有竞争力的候选者之一。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种非共价杂化 mof石墨烯气凝胶/钼电容器电极材料的制备方法。本发明制得的非共价杂化 mof石墨烯气凝胶/钼电容器电极具有比表面积大、无毒的优点，并且具有优越的电化学性能，在便携式、柔性电极材料中有极广泛的应用。
4.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种非共价杂化 mof石墨烯气凝胶/钼电容器电极材料的制备方法，具体包括以下步骤：（1）石墨烯气凝胶的合成具体通过水热法制备：将 400mg 氧化石墨烯加入 100ml di水中以获得 4mg/ml 氧化石墨烯。分散并超声 2 小时后，将悬浮液密封在衬有聚四氟乙烯的高压釜中并加热至 180
ꢀ°
c 16 小时；冷却至室温后，样品用去离子水洗涤；最后，将石墨烯气凝胶进一步冷冻至-70℃干燥48小时。
5.（2）非共价杂化 mof 石墨烯气凝胶/钼的制备在超声处理下，100 mg 石墨烯气凝胶在10 ml dmf 溶液中分散 30 分钟；向该石墨烯气凝胶悬浮液中，加入五氯化钼、2-氨基对苯二甲酸、4-氨基苯甲酸和0.16ml hcl；将所得混合物超声处理30分钟；将所得混合物于 120
ꢀ°
c 烘箱中放置2天；将所得黑色凝胶用甲醇洗涤，并在 150
°
c下氮气氛下干燥，得到非共价杂化 mof石墨烯气凝胶/钼；（3）将步骤（2）制得的非共价杂化 mof石墨烯气凝胶/钼、乙炔黑、聚四氟乙烯乳液按照质量比为80:10:10的比例加入同一称量瓶中，搅拌混合均匀并用电吹风将样品吹至糊状，以泡沫镍为集流体，将糊状材料涂覆到泡沫镍上，在80℃下真空干燥24h，最终制得所需电极材料。
6.进一步地，五氯化钼、2-氨基对苯二甲酸、4-氨基苯甲酸的摩尔比为1:2:1。
7.进一步地，所述石墨烯气凝胶和五氯化钼的质量比为100:233。
8.本发明的有益效果在于：（1）mo片层离子嵌入层间空间较大，氧化还原反应中mo 的氧化态范围(mo
2
∼
mo
6
) 较宽，这有利于在充放电过程中储存更多电子，从而提高电极的储存性能；（2）石墨烯的加入能够给mof提供生长点，从而增大材料的比表面积，提高电化学性能；（3）mof本身的导电性较差，加入石墨烯，能提高整个体系的导电性，并且暴露在表层的碳量子点还可以提供更多的活性位点；（4）本发明制得的非共价杂化 mof 石墨烯气凝胶/钼电极具有比表面积大、无毒的优点，并且具有优越的电化学性能，在便携式、柔性电极材料中有极广泛的应用。
附图说明
9.图1共价杂化mof石墨烯气凝胶/钼sem图。
具体实施方式
10.以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。
11.实施例1（1）石墨烯气凝胶的合成将 400mg 氧化石墨烯加入 100ml di水中以获得 4mg/ml 氧化石墨烯。分散并超声 2 小时后，将悬浮液密封在衬有聚四氟乙烯的高压釜中并加热至 180
ꢀ°
c 16 小时。 冷却至室温后，样品用去离子水洗涤。最后，将石墨烯气凝胶进一步冷冻至-70℃干燥48小时。
12.（2）非共价杂化 mof 石墨烯气凝胶/钼的制备在超声处理下，100 mg 石墨烯气凝在10 ml dmf 溶液中分散 30 分钟。 向该石墨烯气凝胶悬浮液中，将五氯化钼(233mg)、2-氨基对苯二甲酸(280mg)、4-氨基苯甲酸(244mg)和0.16ml hcl加入，混合后装入25ml玻璃小瓶中。将所得混合物超声处理30分钟。将所得混合物转移到 50 ml 玻璃小瓶中，并在 120
ꢀ°
c 烘箱中放置2天。 将所得黑色凝胶用甲醇洗涤，并在 150
°
c下氮气氛下干燥，得到非共价杂化 mof石墨烯气凝胶/钼。
13.（3）将步骤（2）制得的非共价杂化 mof石墨烯气凝胶/钼、乙炔黑、聚四氟乙烯乳液按照质量比为80:10:10的比例加入同一称量瓶中，搅拌混合均匀并用电吹风将样品吹至糊状，以泡沫镍为集流体，将糊状材料涂覆到泡沫镍上，在80℃下真空干燥24h，最终制得所需电极。
14.实施例2（1）石墨烯气凝胶的合成将 400mg 氧化石墨烯加入 100ml di水中以获得 4mg/ml 氧化石墨烯。分散并超声 2 小时后，将悬浮液密封在衬有聚四氟乙烯的高压釜中并加热至 180
ꢀ°
c 16 小时。 冷却至室温后，样品用去离子水洗涤数次。最后，将石墨烯气凝胶进一步冷冻至-70℃干燥48小时。
15.（2）非共价杂化 mof 石墨烯气凝胶/钼的制备
在超声处理下，100 mg 石墨烯气凝在10 ml dmf 溶液中分散 30 分钟。 向该石墨烯气凝胶悬浮液中，将五氯化钼(233mg)、2-氨基对苯二甲酸(332mg)、4-氨基苯甲酸(244mg)和0.16ml hcl加入，混合后装入25ml玻璃小瓶中。将所得混合物超声处理30分钟。将所得混合物转移到 50 ml 玻璃小瓶中，并在 120
ꢀ°
c 烘箱中放置2天。 将所得黑色凝胶用甲醇洗涤数次，并在 150
°
c下氮气氛下干燥，得到非共价杂化 mof石墨烯气凝胶/钼。
16.（3）将步骤（2）制得的非共价杂化 mof石墨烯气凝胶/钼、乙炔黑、聚四氟乙烯乳液按照质量比为80:10:10的比例加入同一称量瓶中，搅拌混合均匀并用电吹风将样品吹至糊状，以泡沫镍为集流体，将糊状材料涂覆到泡沫镍上，在80℃下真空干燥24h，最终制得所需电极。
17.实施例3（1）石墨烯气凝胶的合成将 400mg 氧化石墨烯加入 100ml di水中以获得 4mg/ml 氧化石墨烯。分散并超声 2 小时后，将悬浮液密封在衬有聚四氟乙烯的高压釜中并加热至 180
ꢀ°
c 16 小时。 冷却至室温后，样品用去离子水洗涤数次。最后，将石墨烯气凝胶进一步冷冻至-70℃干燥48小时。
18.（2）非共价杂化 mof 石墨烯气凝胶/钼的制备在超声处理下，100 mg 石墨烯气凝在10 ml dmf 溶液中分散 30 分钟。 向该石墨烯气凝胶悬浮液中，加入五氯化钼(233mg)、2-氨基对苯二甲酸(200mg)、4-氨基苯甲酸(244mg)和0.16ml hcl混合后，装入25ml玻璃小瓶中。将所得混合物超声处理30分钟。将所得混合物转移到 50 ml 玻璃小瓶中，并在 120
ꢀ°
c 烘箱中放置2天。 将所得黑色凝胶用甲醇洗涤，并在 150
°
c下氮气氛下干燥，得到非共价杂化 mof石墨烯气凝胶/钼。
19.（3）将步骤（2）制得的非共价杂化 mof石墨烯气凝胶/钼、乙炔黑、聚四氟乙烯乳液按照质量比为80:10:10的比例加入同一称量瓶中，搅拌混合均匀并用电吹风将样品吹至糊状，以泡沫镍为集流体，将糊状材料涂覆到泡沫镍上，在80℃下真空干燥24h，最终制得所需电极。
20.将制得的电极进行密度、比表面积以及电化学性能测试，结果如表1所示。
21.对比例1一种非共价杂化 mof石墨烯气凝胶/钼用于电容器电极的制备方法，具体包括以下步骤：（1）石墨烯气凝胶的合成 将 400mg 氧化石墨烯加入 100ml di 中以获得 4mg/ml 氧化石墨烯。分散并超声 2 小时后，将悬浮液密封在衬有聚四氟乙烯的高压釜中并加热至 180
ꢀ°
c 16 小时。 冷却至室温后，样品用去离子水洗涤。最后，将石墨烯气凝胶进一步冷冻干燥48小时。
22.（2）非共价杂化 mof 石墨烯气凝胶/钼的制备在超声处理下，50 mg 石墨烯气凝在10 ml dmf 溶液中分散 30 分钟。 向该石墨烯气凝胶悬浮液中，将五氯化钼(233mg)、2-氨基对苯二甲酸(166mg)、4-氨基苯甲酸(244mg)和0.16ml hcl加入25ml玻璃小瓶中。将所得混合物超声处理30分钟。将所得混合物转移到 50 ml 玻璃小瓶中，并在 120
ꢀ°
c 烘箱中放置2天。 将所得黑色凝胶用甲醇洗涤，并在 150
°
c下氮气氛下干燥。
23.（3）将步骤（2）制得的非共价杂化mof石墨烯气凝胶/钼、乙炔黑、聚四氟乙烯乳液按照质量比为80:10:10的比例加入同一称量瓶中，搅拌混合均匀并用电吹风将样品吹至糊状，以泡沫镍为集流体，将糊状材料涂覆到泡沫镍上，在80℃下真空干燥24h，最终制得所需电极。
24.表1非共价杂化mof石墨烯气凝胶/钼电极的各项性能实施例中对对苯二甲酸重量的改变，实现材料表面积和性能上的变化。对比例的石墨烯重量与对苯二甲酸的重量均低于范围，性能较差。
25.以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。