【摘 要】
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锂空气电池中,空气电极上缓慢的氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction,ORR）与氧析出反应（Oxygen Evolution Reaction,OER）动力学导致了电池容量的降低及循环寿命的减少。因此,空气电极为影响锂空气电池整体性能的关键因素。相对于传统材料,衍生于金属-有机骨架（Metal Organic Frameworks,MOFs）的材料一般具有更多样化的功能。本
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锂空气电池中,空气电极上缓慢的氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction,ORR）与氧析出反应（Oxygen Evolution Reaction,OER）动力学导致了电池容量的降低及循环寿命的减少。因此,空气电极为影响锂空气电池整体性能的关键因素。相对于传统材料,衍生于金属-有机骨架（Metal Organic Frameworks,MOFs）的材料一般具有更多样化的功能。本文对金属-有机骨架材料ZIF-67进行可控合成,惰性气氛下热解制备氮掺杂碳包覆钴基材料Co@NC、原位硫化制备CoS2@NC与Co1-xS@NC,研究了上述材料的微观结构及电化学性能。通过调控Co2+的浓度及其与有机配体2-甲基咪唑的比例以均相沉淀法合成ZIF-67前驱体。随着Co2+浓度的升高及有机配体量的增加,前驱体晶粒尺寸逐渐减小且形貌不规则度增加。Co2+浓度0.05 M,Co与有机配体比例1:4时,制备出具有规则十二面体形貌、超高比表面积1143.3 m2 g-1、单分散的ZIF-67前驱体。对上述ZIF-67前驱体在惰性气氛下的原位热重-差热-红外联合分析,发现460℃结构内的有机配体开始分解并释放出芳香烃气体,600℃结构内Co2+被大量还原为Co单质并随着温度的升高Co颗粒逐渐长大,1000℃有机配体分解结束。900℃热解产物Co@NC-900具有较大的比表面积259.7 m2 g-1,石墨化程度高,催化助剂N-5与N-6相对含量较高（74.5%）,用作锂空气电池空气电极时具有最优的电化学性能。电流密度0.1 mA cm-2下放电比容量达3110 mAh g-1,限定1000 mAh g-1容量能稳定循环70圈。以升华硫为硫源,通过原位硫化法惰性气氛下不同温度煅烧Co@NC-900制备出新型Co基硫化物CoS2@NC与Co1-xS@NC,500℃以下硫化物为CoS2@NC,500℃以上硫化物为Co1-xS@NC。各硫化物均表现出优于Co@NC-900的电化学性能。400℃获得的CoS2@NC-400在电流密度为0.1 mA cm-2时,放电比容量达7059 mAh g-1,限定容量1000 mAh g-1下能稳定循环80圈,强于其它硫化物。
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