本發(fā)明涉及電極材料，尤其涉及一種含氧空位的過渡金屬氫氧化物電極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、電極是儲能元件的核心部分，在超級電容器中電極是提升其能量密度和倍率性能的關(guān)鍵部件之一。超級電容器可以快速地充放電，使其非常適合在需要高功率密度的應(yīng)用中使用。過渡金屬化合物?(co、ni、fe?等)具有低成本、環(huán)境友好、理論容量大等優(yōu)點(diǎn)，是電化學(xué)儲能器件的理想電極材料。但是簡單的陣列結(jié)構(gòu)往往存在電導(dǎo)率差和表面積低、電化學(xué)活性位點(diǎn)有限等問題阻礙了其未來的應(yīng)用。

2、雖然簡單的空位的構(gòu)建能夠改善材料的電導(dǎo)率以提升倍率性能和能量密度，但是組裝的超級電容器在較高功率密度下能量密度較低，不能滿足高性能電容器結(jié)電極材料的要求，很少有文獻(xiàn)報(bào)道的超級電容器器件在20000?w/kg的高功率密度下測試能量密度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，提供一種含氧空位的過渡金屬氫氧化物電極材料及其制備方法，通過豐富的孔結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的氧空位促進(jìn)電荷的快速傳輸，極大提升電極材料的能量密度和功率密度，使得其在極高功率密度（52000?w/kg）下仍能保持一定的能量密度（21.7?wh/kg）。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種含氧空位的過渡金屬氫氧化物電極材料的制備方法，包括以下步驟：

4、1）在泡沫鎳上原位生長沸石咪唑酯骨架材料co-zif-l；

5、2）將co-zif-l經(jīng)鎳鈷無機(jī)鹽浸泡配體交換得到nicooh；

6、3）將nicooh經(jīng)硼氫化鈉溶液還原制得含氧空位的過渡金屬氫氧化物電極材料ov-nicooh。

7、步驟1）中，將鈷鹽溶于水中得到溶液a，將二甲基咪唑溶于水中得到溶液b，將溶液b倒入溶液a中攪拌均勻得到溶液c，將泡沫鎳放入溶液c中自生長得到所述co-zif-l。

8、步驟1）中，鈷鹽的濃度0.7~1?mol/l，二甲基咪唑的濃度12~16?mol/l。

9、所述自生長的時(shí)間為2~6?h。

10、步驟2）中，將co-zif-l放入含有鈷鹽和鎳鹽的水溶液中浸泡，得到所述nicooh。

11、步驟2）中，所述含有鈷鹽和鎳鹽的水溶液中，鈷鹽濃度不高于1.5?mol/l，鎳鹽濃度不高于1.5?mol/l。

12、步驟2）中，浸泡的時(shí)間為?6~24?h。

13、步驟3）中，硼氫化鈉溶液的濃度1~4?mol/l，還原反應(yīng)的時(shí)間不高于60?min。

14、本發(fā)明中，鈷鹽為硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽等無機(jī)鈷鹽；鎳鹽為硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽等無機(jī)鎳鹽。

15、本發(fā)明所述的一種含氧空位的過渡金屬氫氧化物電極材料，采用上述方法制備，為含有豐富孔結(jié)構(gòu)和適量且穩(wěn)定空位的ov-nicooh電極材料。

16、所述的一種含氧空位的過渡金屬氫氧化物電極材料的應(yīng)用，用于電化學(xué)儲能材料，尤其可用于超級電容器儲能電極。

17、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明技術(shù)方案取得的有益效果是：

18、本發(fā)明方法中，在室溫條件刻蝕自組裝的co-zif-l材料得到含有豐富孔結(jié)構(gòu)的nicooh，再通過調(diào)節(jié)室溫下硼氫化鈉溶液的還原時(shí)間得到含有適量且穩(wěn)定空位的ov-nicooh。依靠孔結(jié)構(gòu)和空位使得材料表面有豐富電化學(xué)活性位點(diǎn)，減小電荷傳輸阻力，極大提升了材料的電化學(xué)性能尤其在倍率方面。因此，本發(fā)明在高性能超級電容器電極材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種含氧空位的過渡金屬氫氧化物電極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種含氧空位的過渡金屬氫氧化物電極材料的制備方法，其特征在于：步驟1）中，將鈷鹽溶于水中得到溶液a，將二甲基咪唑溶于水中得到溶液b，將溶液b倒入溶液a中攪拌均勻得到溶液c，將泡沫鎳放入溶液c中自生長得到所述co-zif-l。

3.如權(quán)利要求2所述的一種含氧空位的過渡金屬氫氧化物電極材料的制備方法，其特征在于：步驟1）中，鈷鹽的濃度0.7~1?mol/l，二甲基咪唑的濃度12~16?mol/l。

4.如權(quán)利要求2所述的一種含氧空位的過渡金屬氫氧化物電極材料的制備方法，其特征在于：所述自生長的時(shí)間為2~6?h。

5.如權(quán)利要求1所述的一種含氧空位的過渡金屬氫氧化物電極材料的制備方法，其特征在于：步驟2）中，將co-zif-l放入含有鈷鹽和鎳鹽的水溶液中浸泡，得到所述nicooh。

6.如權(quán)利要求5所述的一種含氧空位的過渡金屬氫氧化物電極材料的制備方法，其特征在于：步驟2）中，所述含有鈷鹽和鎳鹽的水溶液中，鈷鹽濃度不高于1.5?mol/l，鎳鹽濃度不高于1.5?mol/l。

7.如權(quán)利要求5所述的一種含氧空位的過渡金屬氫氧化物電極材料的制備方法，其特征在于：步驟2）中，浸泡的時(shí)間為?6~24?h。

8.如權(quán)利要求1所述的一種含氧空位的過渡金屬氫氧化物電極材料的制備方法，其特征在于：步驟3）中，硼氫化鈉溶液的濃度1~4?mol/l，還原反應(yīng)的時(shí)間不高于60?min。

9.一種含氧空位的過渡金屬氫氧化物電極材料，其特征在于：采用權(quán)利要求1~8任意一項(xiàng)制備方法所制得。

10.權(quán)利要求9所述的一種含氧空位的過渡金屬氫氧化物電極材料的應(yīng)用，其特征在于：用于電化學(xué)儲能材料，尤其可用于超級電容器儲能電極。

技術(shù)總結(jié)
一種含氧空位的過渡金屬氫氧化物電極材料及其制備方法，涉及電極材料技術(shù)領(lǐng)域，通過以硼氫化鈉水溶液還原由硝酸鈷和硝酸鎳刻蝕合成沸石咪唑酯骨架材料，從而制得含有氧空位的過渡金屬氫氧化物電極材料（Ov?NiCoOH）。含空位的Ov?NiCoOH電極材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，所組裝的不對稱電容器Ov?NiCoOH//AC呈現(xiàn)出高能量密度和超優(yōu)異的倍率性能。

技術(shù)研發(fā)人員：賈立山,王宇,賴偉坤,黃佳駿,高樂,姚月,馬永恒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廈門大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6