碳纳米管/MOF衍生多孔碳复合电极材料的制备及应用
成果类型:: 发明专利
发布时间: 2024-03-26 10:37:25
本发明涉及电极制备技术领域,针对目前MOF复合材料比表面积低、导电性较差的问题,公开了碳纳米管/MOF衍生多孔碳复合电极材料的制备及应用。本发明的制备方法包括:双金属MOF晶体的制备;碳化产品的制备;碳纳米管/MOF衍生多孔碳复合电极材料的制备。该碳纳米管/MOF衍生多孔碳复合电极材料在电容去离子中表现出良好的性能。相比于一般的MOFs做前驱体,本发明采用双金属MOF可以实现对比表面积的改善,同时金属的掺杂不改变原MOF的晶相,保持模板结构的完整。同时催化生长的CNT可以改善传统MOF衍生多孔碳因缺少石墨化碳而导电性差的特征。两者综合使最后得到的复合电极材料具有高比表面积、高导电性。
本发明提供了一种操作简单,易于调控的碳纳米管/多孔碳复合电极材料的制备方法,该制备方法能以MOF中金属为催化剂生长CNT,同时改变掺杂的金属种类,使复合材料具有高比表面积、高导电性、较窄的孔径分布。同时,提供了所述碳纳米管/多孔碳复合电极材料在电容去离子(CDI)中的应用,所述碳纳米管/多孔碳复合电极材料表现出良好的性能。
该复合电极材料的应用前景非常广阔。
它可用于高性能电池电极,尤其是金属-空气电池,由于其比表面积大,导电性好,可以提高金属-空气电池的能量密度和寿命。
此外,该材料可用于电催化,将其作为催化剂载体,可以提高催化剂的稳定性和催化效率,也可以用作膜电极,提高膜电极的稳定性和性能。
总的来说,这种碳纳米管/MOF 衍生多孔碳复合电极材料具有导电性高,比表面积大,稳定性好等特点,是一种具有广泛应用前景的新型电极材料。
沈江南,男,博士,教授,博士生导师。浙江省新世纪151人才第二层次。浙江工业大学化工学院教授; 2005年毕业于浙江大学获化学工程与技术博士学位,主要从事膜分离技术和废水资源化方面的研究,先后在浙江工业大学、比利时鲁汶大学作博士后和访问学者研究。先后主持和参与了国家863项目子课题,国家自然科学基金面上项目,浙江省科技厅重点项目城镇污水提标改造,中石化冷却循环水利用重点专项,浙江省自然科学基金,企业横向项目等50余项。近年来在国际期刊Advanced Materials, ***, ***, ***, ***, ***, ***, Crystal Growth and Design, *** , ***,AIChE, Scientific reports等杂志上发表SCI论文150余篇,合作出版专著5部,申请国家发明专利109余项。
本发明制备碳纳米管/MOF衍生多孔碳复合电极材料的方法简单,以MOF中金属为催化剂生长CNT,同时改变掺杂的金属种类,使复合材料具有高比表面积、高导电性、较窄的孔径分布。MOF中的金属能够促进CNT的生长。本发明优选的模板为Co-MOF、Fe-MOF和Ni-MOF,其制备方法为现有技术中的溶剂热合成法。本发明得到的双金属MOF与模板MOF的结构一致。选择金属Co、Fe、Ni为MOF模板的金属中心能够催化CNT的生长。相比于一般的MOFs做前驱体,双金属MOF可以实现对比表面积的改善,同时金属的掺杂不改变原MOF的晶相,保持模板结构的完整。同时催化生长的CNT可以改善传统MOF衍生多孔碳因缺少石墨化碳而导电性差的特征。两者综合使最后得到的复合电极材料具有高比表面积、高导电性。
技术转让,许可,合作所需资金需双方协商,此项技术想尽快落地保定,希望具备此项技术研发的技术方,能够尽快承接此项目。