一种在泡沫镍上原位生长Ni‑MOF‑74的方法与流程

本发明涉及一种原位生长ni-mof-74的制备方法。

背景技术：

随着便携式电子设备的普及清洁、环保的电动汽车工业的蓬勃发展，电能储存与释放的研究成为当今各国政府及科学家关注的热点问题。超级电容器被认为是一种清洁、高效的电能储放器件，其功率密度较高、充电时间短、使用寿命长、对环境无污染等，具有其他储能元器件无法比拟的优点，这使其在移动通信、国防、航空航天、消费电子产品等诸多领域有着巨大的应用价值和市场潜力，目前超级电容器在混合动力电动汽车中已经得到广泛使用。

金属有机骨架材料(mofs)多样的组成与结构、高的比表面积和丰富的孔结构等优势，使其逐渐成为高性能电化学储能与转换电极材料研究的热点之一，而氧化镍作为一种过渡金属氧化物，具有储量丰富、生产简单、价格低廉的优点，在蓄电池和电子元件方面也得到了广泛的应用。研究工作者的研究重点也集中在电极材料的改性以及复合材料的制备，以期获得高比容量且成本低廉的活性电极材料。提高比容量的途径之一，就是降低非活性物质在电极中的比例，对于一般的粉体电极材料，最普遍的方法是将活性物质与粘结剂及导电剂均匀混合，再涂布在洁净的泡沫镍集流体上。但是目前现有的制备mofs的方法工艺复杂，成本高，不适合工业化生产。

技术实现要素：

本发明是为了解决目前制备mofs的方法工艺复杂，成本高，不适合工业化生产的技术问题，而提供一种在泡沫镍上原位生长ni-mof-74的方法。

本发明的在泡沫镍上原位生长ni-mof-74的方法是按以下步骤进行的：

一、制备泡沫镍集流体：将泡沫镍裁剪成1cm×4cm×0.5mm的长方体，在质量浓度为1％～10％的盐酸水溶液中浸泡5min～10min，然后依次用乙醇和去离子水清洗，在温度为50℃～100℃的条件下干燥12h，得到泡沫镍集流体；

二、水热法制备ni-mof-74：将5ml～20ml的2,5-二羟基对苯二甲酸溶液放入反应釜中，将步骤一的泡沫镍集流体竖直放入装有2,5-二羟基对苯二甲酸溶液的反应釜中，再加入无水乙醇/去离子水的混合液，在温度为80℃～150℃的条件下反应12h～72h，自然降温至室温，打开反应釜，将泡沫镍片从反应釜中取出，用去离子水反复冲洗泡沫镍片，再用去离子水超声清洗10min，最后用氮气吹干，得到多孔网状ni-mof-74复合的泡沫镍；所述的2,5-二羟基对苯二甲酸溶液的浓度为0.045mol/l～0.135mol/l，溶剂为n’n-二甲基甲酰胺；所述的无水乙醇/去离子水的混合液是由无水乙醇和去离子水等体积混合而成；将步骤一的泡沫镍集流体竖直放入装有2,5-二羟基对苯二甲酸溶液的反应釜中，泡沫镍集流体的1cm×4cm的两个面与反应釜中溶液液面垂直。

本发明的制备方法具有以下优点：

(1)本发明的制备方法简单可控，成本较现有方法降低50％，且原材料简单易得，可大规模制备；

(2)本发明所制备的ni-mof-74中，有机配体2,5-二羟基对苯二甲酸均匀地原位生长在泡沫镍上，无需外加镍源(泡沫镍本身即为镍源)；

(3)本发明所制备的ni-mof-74可广泛应用于超级电容器及气体分离等领域。

在本发明的步骤二中在反应釜的高温高压下，有机配体和泡沫镍通过化学腐蚀及配位作用生成多孔网状ni-mof-74。

与传统的压片法相比，本发明在泡沫镍上原位生长电极材料如ni-mof-74可以大大简化制备过程，同时有效提高非活性物质在电极中的比例，进而提高电池的比容量。

附图说明

图1为试验一制备的多孔网状ni-mof-74的xrd图谱；

图2为试验一制备的多孔网状ni-mof-74的sem图；

图3为试验一制备的多孔网状ni-mof-74的sem图；

图4为试验二制备的多孔网状ni-mof-74的sem图；

图5为试验三制备的多孔网状ni-mof-74的sem图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式为一种在泡沫镍上原位生长ni-mof-74的方法，具体是按以下步骤进行的：

一、制备泡沫镍集流体：将泡沫镍裁剪成1cm×4cm×0.5mm的长方体，在质量浓度为1％～10％的盐酸水溶液中浸泡5min～10min，然后依次用乙醇和去离子水清洗，在温度为50℃～100℃的条件下干燥12h，得到泡沫镍集流体；

二、水热法制备ni-mof-74：将5ml～20ml的2,5-二羟基对苯二甲酸溶液放入反应釜中，将步骤一的泡沫镍集流体竖直放入装有2,5-二羟基对苯二甲酸溶液的反应釜中，再加入无水乙醇/去离子水的混合液，在温度为80℃～150℃的条件下反应12h～72h，自然降温至室温，打开反应釜，将泡沫镍片从反应釜中取出，用去离子水反复冲洗泡沫镍片，再用去离子水超声清洗10min，最后用氮气吹干，得到多孔网状ni-mof-74复合的泡沫镍；所述的2,5-二羟基对苯二甲酸溶液的浓度为0.045mol/l～0.135mol/l，溶剂为n’n-二甲基甲酰胺；所述的无水乙醇/去离子水的混合液是由无水乙醇和去离子水等体积混合而成；将步骤一的泡沫镍集流体竖直放入装有2,5-二羟基对苯二甲酸溶液的反应釜中，泡沫镍集流体的1cm×4cm的两个面与反应釜中溶液液面垂直。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中将泡沫镍裁剪成1cm×4cm×0.5mm的长方体，在质量浓度为5％的盐酸水溶液中浸泡10min，然后依次用无水乙醇和去离子水清洗，在温度为80℃的条件下干燥12h，得到泡沫镍集流体。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤二中所述的2,5-二羟基对苯二甲酸溶液的浓度为0.135mol/l。其他与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤二中所述的2,5-二羟基对苯二甲酸溶液的浓度为0.045mol/l。其他与具体实施方式二相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤二中所述的2,5-二羟基对苯二甲酸溶液的浓度为0.075mol/l。其他与具体实施方式二相同。

用以下试验对本发明进行验证：

试验一：本试验为一种在泡沫镍上原位生长ni-mof-74的方法，具体是按以下步骤进行的：

一、制备泡沫镍集流体：将泡沫镍裁剪成1cm×4cm×0.5mm的长方体，在质量浓度为5％的盐酸水溶液中浸泡10min，然后依次用无水乙醇和去离子水清洗，在温度为100℃的条件下干燥12h，得到泡沫镍集流体；

二、水热法制备ni-mof-74：将20ml的2,5-二羟基对苯二甲酸溶液放入反应釜中，将步骤一的泡沫镍集流体竖直放入装有2,5-二羟基对苯二甲酸溶液的反应釜中，再加入无水乙醇/去离子水的混合液，在温度为120℃的条件下反应50h，自然降温至室温，打开反应釜，将泡沫镍片从反应釜中取出，用去离子水反复冲洗泡沫镍片，再用去离子水超声清洗10min，最后用氮气吹干，得到多孔网状ni-mof-74；所述的2,5-二羟基对苯二甲酸溶液的浓度为0.045mol/l，溶剂为n’n-二甲基甲酰胺；所述的无水乙醇/去离子水的混合液是由无水乙醇和去离子水等体积混合而成；将步骤一的泡沫镍集流体竖直放入装有2,5-二羟基对苯二甲酸溶液的反应釜中，泡沫镍集流体的1cm×4cm的两个面与反应釜中溶液液面垂直。

试验二：本试验与试验一不同的是步骤二中所述的2,5-二羟基对苯二甲酸溶液的浓度为0.075mol/l，其它与试验一相同。

试验三：本试验与试验一不同的是步骤二中所述的2,5-二羟基对苯二甲酸溶液的浓度为0.105mol/l，其它与试验一相同。

试验四：本试验与试验一不同的是步骤二中所述的2,5-二羟基对苯二甲酸溶液的浓度为0.135mol/l，其它与试验一相同。

图1为试验一制备的多孔网状ni-mof-74的xrd图谱，可以看出所有的衍射峰和ni-mof-74的pdf标准卡片相同，表明通过该方法成功地在泡沫镍上制备出了ni-mof-74。

图2和图3均为试验一制备的多孔网状ni-mof-74的sem图，从图2可知，在泡沫镍基底上有大量新物质生成，当放大倍数达5k时，从图2我们可以清晰地看出在无需外加镍源的情况下合成了ni-mof-74，同时，在2,5-二羟基对苯二甲酸溶液浓度为0.045mol/l时所得到的是ni-mof-74表面较平洁且尺寸较均匀，为最佳实验条件。

图4为试验二制备的多孔网状ni-mof-74的sem图，从图4可知，在泡沫镍基底上仍有ni-mof-74生成，但当2,5-二羟基对苯二甲酸溶液浓度为0.075mol/l时，所得到的ni-mof-74尺寸虽较之前有所增加，但大小不均匀。

图5为试验三制备的多孔网状ni-mof-74的sem图，从图5可知，在泡沫镍基底上仍有ni-mof-74生成，但当2,5-二羟基对苯二甲酸溶液浓度为0.105mol/l时，所得到的ni-mof-74大小仍不均匀。