一种Cu@Cu-CAT@PANI复合电极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及其电容器
技术领域：
，具体涉及一种2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯铜基金属有机框架(cu-catmof)与聚苯胺电化学的合成及其电化学储能应用。
背景技术：
：近来，环境恶化和能源短缺已引起人们对于识别清洁和可再生能源的关注。在各种电化学能源技术中，具有优异功率密度(高达105kwkg-1)，超长循环寿命和快速充电/放电速率的超级电容器(sc)引起了工业界和学术界的广泛研究关注。这些优点被广泛用于为实际应用替换常规可充电电池，包括便携式电子设备，备用电源系统，混合动力电动汽车和存储设备。但是，当与电池和燃料电池的功率密度相关时，超级电容器的功率密度有些差。因此，找到合适的电极材料以改善相应的电化学性能至关重要。迄今为止，已经研究了几种电极，例如碳材料，金属氢化物，金属氧化物，导电聚合物，金属硒化物，金属氮化物和金属磷化物，开发超级电容器。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。其中，复合型超级电容器材料因其优异的氧化还原活性，高化学稳定性，特别是高电导率而备受关注。金属-有机骨架(mof)由于易于合成，结构形态，可调节的孔径，异常大的比表面积以及富含金属离子的中心而吸引了广泛的关注，这些中心为电化学反应提供了充足的空间。最近的文献表明，mof已被广泛考虑用于能源和环境应用，例如电池，太阳能电池，超级电容器和水分解。然而，差的电导率和大的位阻效应使它们在电化学应用中的适用性最小化。因此，有必要探索一种新的策略来增强mof电化学性能。通常，mof是通过金属离子或簇之间的分子间键合或配位键合而形成的，有机连接基提供了独特的2d或3d结构框架。mof是通过各种有机连接基形成的，这些连接基提供不同的结构形态以及电化学性能。在各种mof中，π-d共轭mof具有高电导率，可以保证电子在电化学反应中的快速传导，在电化学储能应用中的作用突出。在已报道的具有多种金属离子的mof中，π-d共轭mof在储能领域具有很广泛的应用前景。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。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。近来，由于具有较好的导电性，聚苯胺有望作为用于能量存储应用的高能材料。在这些电极材料中，聚苯胺已在各种研究领域进行了研究，例如电催化能，电子学，光子学等。但聚苯胺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，导致电化学性能衰减，阻碍了其在超级电容器中的应用。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cu@cu-cat@pani复合材料及制备方法和其应用，将通过较为简便的电化学合成法，将聚苯胺与cu-cat进行有效复合，得到cu@cu-cat@pani复合材料；所得cu@cu-cat@pani复合材料可表现出优异的电化学倍率性能和循环稳定性，且涉及的制备方法步骤简便，所需条件低，操作简单，耗时短，适合推广应用整个制备过程的。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种cu@cu-cat@pani复合材料的制备方法，该方法包括以下具体步骤：步骤1：将活化泡沫铜置于由2，3，6，7，7，10,11-六羟基联苯即hhip、四丁基四氟硼酸铵即mtbs与去离子水组成的混合溶液中，加载5～20v电压，电沉积3～5min，制得cu@cu-cat材料；其中，物质的量之比为hhip∶mtbs∶去离子水＝1∶1.2～1.5∶1300～1500；步骤2：将步骤1制备的材料置于由硫酸钠、苯胺与离子水组成的混合溶液中，加载5～20v电压，电沉积5～10min，制得所述cu@cu-cat@pani复合材料；其中，物质的量之比为硫酸钠∶苯胺∶去离子水＝1∶0.05～0.4∶350～800。一种上述方法制得的cu@cu-cat@pani复合材料。一种所述cu@cu-cat@pani复合材料作为超级电容器电极材料的应用。所述的应用，是将制得的cu@cu-cat@pani复合材料经过去离子水、乙醇清洗，80℃干燥12小时后用于超级电容器电极。所述cu@cu-cat@pani复合材料具有860f/g的比电容，具有比容量高、以及良好的倍率特性，是非常有潜力的超级电容器材料。本发明的有益效果cu@cu-cat@pani复合材料。本发明制备的cu@cu-cat@pani复合材料，利用电化学合成法，将聚苯胺和cu@cu-cat进行有效复合，有效实现聚苯胺和cu@cu-cat的充分复合。本发明所制备的cu@cu-cat@pani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；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cu@cu-cat复合材料的sem照片图；图2为实施例1制得的cu@cu-cat@pani复合材料的sem照片图；图3为实施例1制备的cu@cu-cat复合材料用作超级电容器电极材料测试结果图；图4为实施例1制备的cu@cu-cat@pani复合材料用作超级电容器电极材料测试结果图。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)将面积为1cm×1cm的活化泡沫铜置于由10ml水、0.18ghhip与0.30gmtbs组成的混合溶液中，施加10v的直流电压，电沉积5min，制得cu-catmof负载在泡沫铜上的复合材料，即cu@cu-cat，其sem照片如图1(a)、(b)所示；(2)将上述cu@cu-cat材料置于由10ml水、0.27g硫酸钠与50μl苯胺组成的混合溶液中，施加10v的直流电压,电沉积5min，制得聚苯胺负载在泡沫镍上的复合材料，即cu@cu-cat@pani复合材料，其sem照片如图2(c)、(d)所示；将上述制备得到的cu@cu-cat和cu@cu-cat@pani复合材料经过去离子水、乙醇清洗，80℃干燥12小时后用于超级电容器电极。参阅图3，图中(a)为实施例1制备的cu@cu-cat复合材料用作超级电容器电极材料的循环伏安曲线图；(b)为实施例1制备的cu@cu-cat@复合材料用作超级电容器电极材料的不同电流密度下的恒电流充放电时间-电压曲线图；(c)为实施例1制备的cu@cu-cat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；(d)为实施例1制备的cu@cu-cati复合材料用作超级电容器电极材料的充放电前后的交流阻抗谱图。参阅图4，图中(a)为实施例1制备的cu@cu-cat@pani复合材料用作超级电容器电极材料的循环伏安曲线图；(b)为实施例1制备的cu@cu-cat@pani复合材料用作超级电容器电极材料的不同电流密度下的恒电流充放电时间-电压曲线图；(c)为实施例1制备的cu@cu-cat@pani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；(d)为实施例1制备的cu@cu-cat@pani复合材料用作超级电容器电极材料的充放电前后的交流阻抗谱图。实施例2～实施例4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步骤1加载电压(v)51520步骤2加载电压(v)51620步骤1电沉积时间(min)345步骤2电沉积时间(min)1085性能检测将实施例1制备的cu@cu-cat和cu@cu-cat@pani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。表2通过以上数据看出，cu@cu-cat@pani复合材料，拥有较高的比电容，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12