本發(fā)明涉及超級電容器電極材料，尤其涉及nicomomnm-ldh高熵材料及其制備和應用。

背景技術(shù)：

1、高熵材料(high?entropy?materials,hem)是由五種或五種以上的元素在構(gòu)型熵的驅(qū)動下形成的單相固溶體，由于其組分具有高度可調(diào)性和組分之間的協(xié)同效應，被廣泛應用于航空航天、催化、醫(yī)療、環(huán)保等各個領域。特別是近年來，高熵化合物在電化學儲能領域也顯示出巨大的潛力。

2、然而，目前對高熵化合物的研究大多集中在高熵氧化物上，高熵氧化物由于其導電性較差，導致其比電容相對較低；而高熵氫氧化物由于其獨特的層狀結(jié)構(gòu)以及極大地比表面積理論上可以提供更多的活性位點，大大提高其導電能力，故而理論上采用高熵氫氧化物材料代替高熵氧化物材料作為超級電容器的電極材料可以有效地克服高熵電極材料比電容相對較低這一缺陷。然而在實際生產(chǎn)中，高熵氫氧化物往往難以制備，原因之一是大多數(shù)高熵化合物的制備方法都需要在高溫下(2000k～3000k)合成，由于氫氧化物耐高溫性差，使得氫氧化物容易分解成氧化物。另一個原因是，由于高熵材料成分的差異，一般方法難以獲得高熵氫氧化物的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這使得高熵氫氧化物在充放電過程中容易發(fā)生體積膨脹，導致循環(huán)穩(wěn)定性差。

3、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供nicomomnm-ldh高熵材料及其制備和應用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供nicomomnm-ldh高熵材料及其制備和應用。本發(fā)明以金屬有機框架(mof)材料為模板，依托mof材料獨特的框架結(jié)構(gòu)和組分易于調(diào)節(jié)的特點，合成了nicomomnm-ldh高熵材料。根據(jù)表征結(jié)果，研究了不同成分對其形態(tài)、結(jié)構(gòu)和電化學性能的影響。然后，對nicomomnm-ldh高熵材料進行密度泛函(dft)計算，分析其能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度和電荷密度。

2、本發(fā)明的nicomomnm-ldh高熵材料及其制備和應用是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、本發(fā)明的第一個目的是提供一種nicomomnm-ldh高熵材料的制備方法，包括以下步驟：

4、將鎳鹽、鈷鹽、錳鹽、m鹽均勻分散于乙醇水溶液中，獲得溶液a；

5、將鉬酸鹽、2,5-二羥基對苯二甲酸均勻分散于有機溶劑中，獲得溶液b；

6、將所述溶液a與溶液b混勻后，于110～130℃下進行水熱反應，固液分離，將獲得的固體組分洗滌后干燥，獲得前驅(qū)體nicomomnm-mof；

7、將所述前驅(qū)體nicomomnm-mof均勻分散于氫氧化鈉溶液中，進行攪拌處理，隨后固液分離，將獲得的固體組分洗滌后干燥，即獲得所述nicomomnm-ldh高熵材料；

8、其中，所述m鹽為鋅鹽、鐵鹽和銅鹽中的任意一種。

9、優(yōu)選地，所述鎳鹽、鈷鹽、錳鹽與m鹽的摩爾比為1.8～2.2:1:1:1；

10、所述溶液b中鉬酸鹽、2,5-二羥基對苯二甲酸與所述溶液a中鈷鹽的摩爾比為0.14:0.5:0.9～1.1。

11、優(yōu)選地，所述鎳鹽、鈷鹽、錳鹽、m鹽為對應金屬離子的氯化鹽、硝酸鹽、硫酸鹽和碳酸鹽中的任意一種；

12、所述鉬酸鹽為四水合鉬酸胺或鉬酸鈉。

13、優(yōu)選地，所述乙醇水溶液中乙醇的濃度為48wt.％～52wt.％；

14、且所述鈷鹽與所述乙醇水溶液的用量比為0.3mmol:4～10ml。

15、優(yōu)選地，所述有機溶劑為n,n-二甲基甲酰胺；

16、且所述有機溶劑與所述鉬酸鹽的用量比為45～55ml:0.04mmol。

17、優(yōu)選地，所述氫氧化鈉溶液的濃度為0.75～1.5mol/l；

18、且所述前驅(qū)體nicomomnm-mof與所述氫氧化鈉溶液的用量比為0.1g:9～11ml。

19、優(yōu)選地，所述水熱反應的反應時間為16～32h。

20、優(yōu)選地，所述攪拌處理的攪拌速率為400～600r/min，攪拌時間為4～8h。

21、本發(fā)明的第二個目的是提供一種上述制備方法制備的nicomomnm-ldh高熵材料。

22、本發(fā)明的第三個目的是提供一種上述nicomomnm-ldh高熵材料在超級電容器正極材料中的應用。

23、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

24、本發(fā)明方法基于傳統(tǒng)的高熵氫氧化物制備條件苛刻、耐高溫性差且易分解的缺點，以金屬有機框架(mof)材料為模板，依托mof材料獨特的框架結(jié)構(gòu)和組分易于調(diào)節(jié)的特點，合成了nicomomnm-ldh高熵材料，并結(jié)合密度泛函(dft)計算，分析其能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度和電荷密度，進一步揭示了高熵ldh的電化學增強機理。

25、本發(fā)明選用的模板再刻蝕的方式不僅成功地避免了高熵材料形成過程中的相分離和元素聚集，而且具有一定的普適性，有利于高效、大規(guī)模地合成高熵氫氧化物。所選用的2,5-二羥基對苯二甲酸對本發(fā)明中的多種金屬均具有選擇特異性，可與多種金屬形成配位化合物，在水熱條件下可以輕易的形成nicomomnm-mof，且2,5-二羥基對苯二甲酸中含有-oh基團，因此所合成的nicomomnm-mof中存在-oh基團，與后續(xù)參與刻蝕的氫氧化鈉溶液中的-oh相匹配，為刻蝕提供了更多反應活性位點，更易形成片層狀ldh。同時在摻入co、mo、mn、m元素后，使得五種金屬元素間產(chǎn)生協(xié)同作用，在價帶和導帶之間引入大量的雜質(zhì)能級，減小了能帶間隙，使電子更容易躍遷至導帶中，增加了材料的導電性能。此外，通過調(diào)節(jié)組分以同樣的方式成功的制備了另外兩種高熵-ldh材料，說明該方法能有效的調(diào)節(jié)材料的形貌、孔結(jié)構(gòu)、比表面積等性質(zhì)，進而可以更好的適應多領域多場景下的生產(chǎn)需求。制備的nicomomnm-ldh復合材料具有比電容高，倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性好的電化學性能，廣泛應用在超級電容器正極中。

技術(shù)特征：

1.一種nicomomnm-ldh高熵材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鎳鹽、鈷鹽、錳鹽與m鹽的摩爾比為1.8～2.2:1:1:1；

3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鎳鹽、鈷鹽、錳鹽、m鹽分別為對應金屬離子的氯化鹽、硝酸鹽、硫酸鹽和碳酸鹽中的任意一種；

4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述乙醇水溶液中乙醇的濃度為48wt.％～52wt.％；

5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述有機溶劑為n,n-二甲基甲酰胺；

6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氫氧化鈉溶液的濃度為0.75～1.5mol/l；

7.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述水熱反應的反應時間為16～32h。

8.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述攪拌處理的攪拌速率為400～600r/min，攪拌時間為4～8h。

9.一種權(quán)利要求1-8任意一項所述的制備方法制備的nicomomnm-ldh高熵材料。

10.一種權(quán)利要求9所述的nicomomnm-ldh高熵材料在超級電容器正極材料中的應用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于超級電容器電極材料技術(shù)領域，公開NiCoMoMnM?LDH高熵材料及其制備和應用，所述制備方法為：將鎳鹽、鈷鹽、錳鹽、M鹽與乙醇水溶液形成溶液A；將鉬酸鹽、2,5?二羥基對苯二甲酸與有機溶劑形成溶液B；混合溶液A與溶液B后進行水熱反應，獲得前驅(qū)體；將前驅(qū)體分散于氫氧化鈉溶液中，攪拌后固液分離，洗滌、干燥，獲得NiCoMoMnM?LDH高熵材料；M鹽為鋅鹽、鐵鹽和銅鹽中的任意一種。本發(fā)明的制備方法不僅避免了高熵材料形成過程中的相分離和元素聚集，且普適性強，可高效、大規(guī)模地合成高熵氫氧化物；且制備的高熵材料比電容高、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性好，能應用于超級電容器正極材料中。

技術(shù)研發(fā)人員：陳奇成,朱梓楊,張瑩瑾,賀楠,孔德皓,安南,姚亮,蘇彥達
受保護的技術(shù)使用者：東北電力大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23