新材料及其应用

本发明公开了一种MOF衍生多孔碳/石墨烯复合电极材料的制备及应用。所述制备方法为：(1)取一干净容器，加入石墨烯或氧化石墨烯分散液，然后向其中加入MOFs晶体粉末，密封容器后置于旋涡混合器上持续混合，从零到最高转速反复调节转速，使样品在垂直方向也充分震荡，促使石墨烯片或氧化石墨烯片自组装三维结构的形成以及MOFs晶体在三维框架结构中的充分均匀分散，最后经冷冻干燥获得石墨烯/MOF多孔气凝胶；(2)将气凝胶在N2氛中高温焙烧得到碳化产品；(3)将碳化产品进行酸处理得到MOF衍生多孔碳/石墨烯复合电极材料。本发明提供了MOF衍生多孔碳/石墨烯复合电极材料在CDI或MCDI脱盐中的应用，具有良好的效果。

能源存储：MOF 衍生多孔碳/石墨烯复合电极材料可以作为锂离子电池或超级电容器的电极材料，从而提高电池和超级电容器的容量和能量密度。它们可以在快速充放电和高循环次数下保持高效稳定的性能，有望应用于电动汽车、储能系统等领域。

催化：MOF 衍生多孔碳/石墨烯复合材料可以作为催化剂载体，将催化剂负载在其多孔结构上。这些材料具有高比表面积和孔体积，可以提高催化剂的利用率和反应活性，对于一些重要的化学反应，如电催化氧化、氢气制备等领域具有应用前景。

气体分离：MOF 衍生多孔碳/石墨烯复合材料可以基于其多孔结构和分子筛作用实现气体分离，如氢气分离、氧气分离等。这些材料具有高选择性和通透性，有望应用于燃料电池、气体存储等领域。

本发明相对于现有技术具有如下突出的优点和有益效果：

(1)相比于一般的MOFs晶体粉末与氧化石墨烯的混合方式，本发明选择的MOFs晶体粉末与氧化石墨烯的混合方式不但能通过可控的自组装过程得到具有自支撑的多孔结构的石墨烯/MOF多孔复合材料气凝胶，其保留了氧化石墨烯和MOFs结构的完整性，而且使得MOFs晶体在三维框架结构中的充分均匀分散，为后续经历焙烧和酸处理依然能保持结构打下坚实的基础。在该条件下制备的石墨烯/MOF多孔复合材料气凝胶经过高温碳化和酸处理后依然能够保持三维多孔结构，有效阻止了MOF自身团聚和石墨烯片片之间的团聚，使最后得到的复合电极材料具有高比表面积、高导电性和丰富的介孔结构。

(2)本发明制得的MOF衍生多孔碳/石墨烯复合电极材料，由于MOF与石墨烯之间的协同作用(导电性、比表面积等)使得其性能较于MOF衍生多孔碳和石墨烯个体有了大幅度提升，在电容去离子(CDI)脱盐尤其是电容析去离子(MCDI)脱盐中具有良好的应用效果。