MOF材料衍生物复合电极的制备及应用研究

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:skyboat521
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由于锂离子电池具有高功率密度和良好的循环稳定性,已被广泛应用于电子设备、混合动力车以及新兴的智能电网中。而电极材料作为锂离子电池的核心组件,在很大程度决定了电池的整体性能。目前商业化的基于嵌入式储锂机理的石墨电极由于理论比容量太低(372 m Ah g-1)己经难以满足日益增长的需求。过渡金属氧化物/硫化物拥有较高的比容量,是颇具应用前景的的新型负极材料。例如二氧化锡理论容量为782 m Ah g-1,三氧化二铁理论容量为1007 m Ah g-1,二硫化铁理论容量890 m Ah g-1。最近,一类具有多孔结构的金属有机框架(Metal Organic Frameworks,MOFs)材料及其衍生物被成功应用于储能领域,例如超级电容器,空气电池,二次电池等。本论文以MOFs材料为研究主体,利用后合成改性方法,成功制备一系列MOFs材料衍生物并展现出优越的电化学性能。具体研究包括以下三个部分:(1)通过一系列化学反应,包括烷基卤化反应,卤代烃氧化反应以及银镜反应,成功地将一层银纳米颗粒薄膜沉积到咪唑沸石型MOFs(ZIF-67)的表面,并使配体中的甲基一步一步地转化为羧基。由于羧基有利于锂离子的储存,银纳米颗粒薄膜可以提供更好的导电性,使最终所制备的ZIF-67衍生物(ZIF-67-COOH+Ag)展现良好的电化学性能。经过100次循环后展现出800m Ah g-1的可逆比容量,库仑效率可以达到99%。(2)通过对Zr-MOFs进行真空干燥处理,使中心金属锆暴露出不饱和位点后,利用非水解溶胶凝胶方法,合成了SnOx/Zr-MOFs复合材料。通过非水解溶胶凝胶法制备的SnOx颗粒只有4 nm,有效的缩短了锂离子的扩散距离,并且提高了电化学反应活性。(3)通过简单的水热反应制备了Fe-MOFs(MIL-53)前驱体,在500℃下煅烧得到Fe3O4@C复合材料,再进一步用稀盐酸刻蚀30分钟,溶解掉一部分Fe3O4,得到Fe3O4@C-30复合材料,然后用升华硫对其进行高温硫化,得到具有中空多孔结构的Fe S2@C-30电极材料。得益于碳壳的导电性以及材料的中空结构,Fe S2@C-30拥有较高的倍率性能和循环稳定性,使其在实际应用中展现出良好的前景。
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