基于ZIFs合成的中空双金属(ZnCo)S纳米晶及其赝电容性质研究

１ 实验 部 分
１ ． １ 试 剂 与仪器
２ － 甲基 咪 唑 （ ｃ Ｈ Ｎ ， ２ － Ｍ Ｉ Ｅ ） 购于安 耐 吉化学 股份 有 限公 司 ；六水 合 硝酸 锌 ［ Ｚ ｎ （ Ｎ Ｏ ， ） ：・ ６ Ｈ ： ０］ 、
收稿 日期 ： ２ ０ １ ７ — ０ ２ — ２ ８ ． 网络出版 Ｅ ｔ 期 ：２ ０ １ ７ － ０ ６ ． １ ６ ．
成 了空心 的 Ｚ ｎ ／ Ｃ ｏ纳米粒 子 ， 这种 纳米 粒子 作为 催化剂 对 乙炔半 氢化 具有很 好 的活性 和选择性 ． 本 文利 用两 步反应 快速 合成 了中空结 构 的双金属 硫 化 物 （ Ｚ ｎ ， Ｃ ｏ ） Ｓ纳 米 晶 ， 该 纳 米结 构 具 有 较 高 的 比表面积 ， 作 为 电极材 料表 现 出了较好 的电化学 性能 ． 可 以作 为超 级 电容 器 电极材 料 ．
中图分类号 Ｏ ６ １ ４ 文献标志码 Ａ
由于化石燃料的快速消耗和环境污染的 日 益严重， 急需发展新能源的转换 和存储设备 ， 尤其是高 功率的能量转换和储能设备． 超级电容器 由于其迅速存储和有效提供电能 的能力 ， 在 电汽设备领域具 有很 大 的应用 潜能 ， 激发 了研究 工作 者极 大 的兴趣 Ｊ ． 相 比于蓄 电池 ， 超级 电容 器具 有工 作能 量密 度 大、 周期寿命长、 维护费用低等优点 ， 但却 由于缺乏成本合理且性能优异的电极材料而在实际应 用中受到限制． 过渡金属硫化物， 包括双金属和混合金属硫化物是一类独特的多功能材料 ， 作为 电极 材料已被广泛应用于电化学研究 ． 与传统的单金属硫化物相比， 双金属或混合金属硫化物作为电 极材料功能有所提升［ ｚ ｓ ， １ ９ ３ ． 中空纳米结构具有一定的空穴和功能性 的外壳 ， 是一类独特的功能材料． 中空纳米结构的特殊性质 ， 例如大的比表面积、 低 的密度、 动力学有利 的开放结构和表面渗透率 ， 使 其在很多应用领域具有优势 ， 特别是在能量储存方面 ． 金属一 有机骨架结构（ Ｍ Ｏ Ｆ ｓ ） 是 由金属离子 或其簇合物与有机配体通过超分子 自 组装作用形成的多孔材料 ， 由于其优异的物理化学性质被广泛用 于催化、 分离及化学传感等领域 引 ． 近年来 ， 人们将 Ｍ Ｏ Ｆ ｓ 作为前驱体或模板 ， 用来合成尺寸可控 的具有多孑 Ｌ 或中空等结构的纳米材料． 其中沸石咪唑酯骨架结构 （ Ｚ Ｉ Ｆ ｓ ） 作为 Ｍ Ｏ Ｆ ｓ 的一种 ， 由于其取 材方便、 成本低廉及合成条件简单而被广泛使用 ． Ｚ Ｉ Ｆ － ８ （ Ｚ ｎ 和 ２ 一 甲基咪唑的配合物 ） 和Ｚ Ｉ Ｆ 一 ６ ７ （ ｃ ｏ 和 ２ － 甲基咪唑的配合物 ） 是合成孔或者 中空结构常用的两种 Ｍ Ｏ Ｆ ｓ 材料． Ｌ ｏ ｕ 等 利用 Ｚ Ｉ Ｆ 一 ６ ７ 合 成 了泡状 中空 Ｃ ｏ Ｓ ： 纳米棱 柱 ， 研究 表 明其是 一 种 良好 的锂 电池 电极 材 料 ． Ｌ ｉ 等 用Ｚ Ｉ Ｆ 一 ７＠ Ｚ ６ Ｉ Ｆ － ８ 合
Ｖ ｏ １ ． ３ ８
六水合 硝酸 钴 ［ Ｃ ｏ （ Ｎ Ｏ ） ：・ ６ Ｈ Ｏ］ 、 硫 代 乙酰胺 （ Ｔ Ａ Ａ） 、 十六 烷基 二 甲基溴化 铵 （ Ｃ Ｔ Ａ Ｂ ） 和无水 乙醇 购 于 国药 集 闭化学 试剂 有限公 司． 所用 试剂 均为分 析纯 ， 未 经进 一步纯 化 直接使 用 ． 实验 用水 均为 去离 子
基金项 目： 国家 自然科学基金 （ 批准号 ： ２ １ ３ ７ １ ０ ６ ９ ） 资助．
联系人简介 ： 高 路， 女， 博 士，副教授 ，主要从事无机一 有机杂化材料研究． Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ：ｇ ａ ｏ ｌ ｕ ＠ｊ ｌ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ａ ｎ
ｌ百度文库３ ０ ４
高 等 学 校 化 学 学 报
Ｖｏ ｌ ＿ ３８
２ ０ １ ７年 ８月
高 等 学 校 化 学 学 报
Ｃ ＨＥＭＩ ＣＡＬ Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＩ ＮＥＳ Ｅ ＵＮＩ ＶＥＲＳ Ｉ Ｔ Ｉ ＥＳ
Ｎｏ． ８
１ ３ ０ ３～１ ３ ０ ８
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ７ ５ ０ ３ ／ ｃ ｊ ｃ ｕ ２ Ｏ １ ７ Ｏ １ ２ ２
基于 Ｚ Ｉ Ｆ ｓ 合成 的 中空双 金 属 （ Ｚ ｎ ， Ｃ ｏ ） Ｓ 纳 米 晶及 其 赝 电容 性 质 研 究
成 巍 ，陈彩玲 ， 于 影， 李春 光 ，高 路 ， 施 展
（ 吉林大学无机合成与制备化学 国家重点实验室 ， 化学学院 ， 长春 １ ３ ０ ０ １ ２ ）
摘要 通 过两 步法 设计合成 了具有 中空结 构的双金属硫化物 （ Ｚ ｎ ， Ｃ ｏ ） Ｓ纳米 晶 ， 并研究 了其 电化 学性质． 首 先在室温下 ，以水为溶剂 ，十六烷基 三甲基 溴化 铵为表面活性 剂 ， 利用 ｚ ｎ ， Ｃ ｏ 与 ２ － 甲基 咪唑 的配位 作用 形成了 Ｚ Ｉ Ｆ － Ｚ ｎ ， Ｃ ｏ ． 然后 以 Ｚ Ｉ Ｆ ． Ｚ ｎ ， Ｃ ｏ为 自牺牲模板 剂 ， 加 入硫 代乙酰胺 ， 在微 波辐射 下快 速合 成了具有 中空 结构的（ Ｚ ｎ ， Ｃ ｏ ） Ｓ纳米 晶． 电化学 测试结 果表 明 ， 在 电流 密度 为 ３ ｍ Ａ ／ ｃ ｍ 时，（ ｚ ｎ ， Ｃ ｏ ） Ｓ纳米 晶比电容 为 ４ ２ ３ ． ３ Ｆ ／ ｇ ， 在 电流密度为 １ ０ ｍＡ ／ ｃ ｍ 时， 充放 电 ２ ０ ０ ０次 ， 仍能保持 ５ ９ ％的初 始 电容 ． 所制 备的 中空 纳米结 构具 有较 高的比表 面积 和较好 的电化学性 能 ， 可作为超级电容器的电极材料． 关键词 沸石 咪唑酯骨架材 料 ； 双金属 ； 空 心纳米结构 ； 硫化物 ； 超级 电容器