一种ppy@ZIF-67复合材料及制备方法和其应用与流程

本发明涉及多孔复合材料的制备，尤其是聚吡咯与金属有机框架化合物zif-67复合材料的合成，具体地说是一种基于金属有机框架化合物多孔复合材料及制备方法和其应用。
背景技术：
：现今，开发功能结构一体化新材料，成为了我国优先发展领域之一，具有非常重要的现实意义和科学意义。随着人类的发展和经济规模促进了世界各国对能源的迫切需求。作为地球含量较为丰富的化石能源，石油成为全球使用最为广泛的能源之一。然而，化石能源的不可持续性以及伴随着对石油等的大量使用所带来的全球气候变暖等环境问题日趋严重。为了解决日益严重的环境和能源问题，开发具有高活性、稳定性和低成本的清洁、可再生和可持续能源及能源转化和储能技术己成为一个热门研究课题，比如太阳能、潮汐能、风能等。超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。电极材料是决定超级电容器性能的关键因素之一，目前根据存储电能的机理不同，超级电容器可分为双电层电容器和赝电容器。双电层电容器使用的电极材料多为多孔碳材料(如活性炭、碳气凝胶、碳纳米管、石墨烯等)；赝电容器也称为法拉第准电容器，其产生机制与双电层电容器不同，赝电容器的电极材料主要为金属氧化物和导电高分子。这些材料的有效复合将有可能得到电化学性能优良的超级电容器电极材料。金属有机骨架(metalorganicframeworks，mofs)材料是一类主要由含氧或氮元素的有机配体与过渡金属离子连接而形成的多维周期性网状骨架材料。mofs晶体具有三维的开孔道、较高的比表面积，以及规整、可调的孔结构和孔表面等特点。mofs材料还具有与微孔和介孔分子筛一样拥有规则排列的孔道结构和特殊性质。此外，对mofs材料的烧结制备的多孔碳材料和多孔金属氧化物材料在一定程度保留了mofs材料的丰富的孔道结构，使得这一类材料在催化、吸附、储能等诸多领域有广泛的应用。但mofs材料容易发生聚集，而且金属有机框架化合物较难均匀分散在溶剂中，限制了金属有机框架化合物与导电高分子材料的有效复合。聚吡咯是一种常见的导电高分子聚合物，通常为无定型黑色固体，以吡咯为单体，具有良好的生物相容性，制备工艺简单，具备良好的导电性等特点。但聚吡咯在长时间的电化学使用过程中，其体积会发生较大的膨胀与收缩，导致结构的破坏与坍塌，降低其电化学稳定性，阻碍了聚吡咯在超级电容器中的应用。为了弥补上述缺陷，迫切需要研发改性的复合材料以提高聚吡咯基超级电容器的性能。技术实现要素：本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种ppy@zif-67复合材料及制备方法和其应用，它将通过较为简便的一锅法，将聚吡咯与zif-67进行有效复合，得到ppy@zif-67复合材料；所得ppy@zif-67复合材料可表现出优异的电化学性能和循环稳定性，且涉及的制备方法简单、易控，适合推广应用。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种ppy@zif-67复合材料的制备方法，该方法包括以下具体步骤：步骤1：六水硝酸钴、过硫酸钾加入到去离子水中，得到溶液a；其中，物质的量之比为六水硝酸钴∶过硫酸钾∶去离子水＝1∶2.1∶8.3；步骤2：将吡咯、十二烷基硫酸钠、二甲基咪唑加入去离子水中，得到溶液b；其中，物质的量之比为十二烷基硫酸钠∶吡咯∶二甲基咪唑∶去离子水＝1∶3.2∶8.9∶10.7；步骤3：将溶液a倒入溶液b中，快速搅拌，20～50℃加热反应5小时，经去离子水、乙醇洗涤干燥得到黑色粉末为所述ppy@zif-67复合材料。一种上述方法制得的ppy@zif-67复合材料。一种所述ppy@zif-67复合材料作为超级电容器电极材料的应用。上述的应用，包括以下具体步骤：步骤1：ppy@zif-67复合材料-泡沫镍电极片的制备泡沫镍的预处理：将泡沫镍剪裁成的矩形，首先在6mhcl中超声浸泡15min，然后分别用去离子水和乙醇超声清洗15min，在60℃的烘箱里烘干过夜；将ppy@zif-67复合材料的粉末、乙炔黑和聚偏氟乙烯pvdf以质量比为8∶1∶1一起放入研钵中，向研钵中滴加分析纯n-甲基吡咯烷酮nmp，研磨变成浆状物，将浆状物滴涂在经处理的泡沫镍2/3的面积内，在60℃下放置12小时烘干，最后在压片机上加压至10mpa，得到所述ppy@zif-67复合材料-泡沫镍电极片；步骤2：将步骤1得到的ppy@zif-67复合材料-泡沫镍电极片用于超级电容器电极。所述ppy@zif-67复合材料-泡沫镍电极片具有3600f/g的比电容，具有比容量高、循环性能好、结构稳定等特点，是一种优良的储能材料。本发明的有益效果ppy@zif-67复合材料。本发明制备的ppy@zif-67复合材料，利用一锅法，将聚吡咯和zif-67进行有效复合，有效实现聚吡咯与zif-67的充分复合。本发明所制备的ppy@zif-67复合材料，作为超级电容器电极材料的应用，结合了双电层超级电容器和赝电容超级电容器两者的优势，又可有效提升聚吡咯的电化学导电性；此外，本发明所得复合材料适用于超级电容器等领域。附图说明图1为实施例1制得的ppy@zif-67复合材料的sem照片图；图2为实施例1制备的ppy@zif-67复合材料用作超级电容器电极材料的循环伏安曲线图；图3为实施例1制备的ppy@zif-67复合材料用作超级电容器电极材料不同电流密度下的恒电流充放电时间-电压曲线图；图4为实施例1制备的ppy@zif-67复合材料用作超级电容器电极材料充放电前后的eis谱图；图5为实施例1制备的ppy@zif-67复合材料用作超级电容器电极材料不同电流密度下的电容量。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。实施例1(1)将0.35六水硝酸钴，0.684过硫酸钾加入到10ml去离子水中，得到溶液a；将0.2g吡咯，0.27g十二烷基硫酸钠，0.8g二甲基咪唑加入10ml去离子水中，得到溶液b，将上述a溶液倒入b溶液中，快速搅拌，50℃加热反应5小时，经去离子水、乙醇洗涤干燥得到黑色粉末为ppy@zif-67复合材料，其sem照片如图1所示；(2)泡沫镍预处理：将泡沫镍剪裁成的矩形，首先在1mhcl中超声浸泡15min，然后分别用去离子水和乙醇超声清洗15min，在60℃的烘箱里烘干过夜。将步骤(1)制备的粉末样品、乙炔黑和聚偏氟乙烯(pvdf)以质量比为8∶1∶1一起放入研钵中，滴加分析纯n-甲基吡咯烷酮(nmp)，研磨变成浆状物，滴涂在泡沫镍上2/3的面积内，将其在60℃下放置12小时烘干，最后将烘干的多孔ppy@zif-67复合材料/泡沫镍薄片在压片机上加压至10mpa，得到所需要的电极片。图2为实施例1制备的ppy@zif-67复合材料用作超级电容器电极材料的循环伏安曲线图；图3为实施例1制备的ppy@zif-67复合材料用作超级电容器电极材料不同电流密度下的恒电流充放电时间-电压曲线图；图4为实施例1制备的ppy@zif-67复合材料用作超级电容器电极材料充放电前后的eis谱图。实施例2～实施例4各实施例与实施例1相同，其不同之处如表1所示：表1项目实施例2实施例3实施例4加热温度(℃)403020性能检测将实施例1制备的ppy@zif-67复合材料用作超级电容器电极材料，测得的比电容值如表2所示。通过以上数据看出，ppy@zif-67复合材料的制备方法，使其拥有较高的比电容，使其用作超级电容器电极材料有着广泛的应用前景。虽然上述实施例对于有关参数的选择未涉及所公开的全部范围，但在另外的实施例中，本发明能在所公开的有关参数的全部范围内实现。另外，本发明也并不限于上述举例，本
技术领域：
的普通技术人员在本发明的实质范围内所作出的变化、增减或替换，也应属于本发明的保护范围。当前第1页1 2 3