金属有机框架衍生的金属氧化物的制备及性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mir80
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随着消费电子产品和新能源汽车的快速发展,开发出高倍率,大容量,安全稳定的电池体系成为当前亟待解决的问题。锰基金属氧化物因理论容量高,电压平台低、循环稳定以及价格低廉等优势被认为是最有希望取代商业石墨的负极材料之一。然而,差的导电性和充放电过程中巨大的体积变化会造成容量极速衰减。而构建中空、多孔结构则能有效缓解材料在循环过程中的体积膨胀效应,同时也能促进锂离子的快速传输,从而获得优异的电化学性能。金属有机框架(MOFs)材料因其特殊的形貌,多孔的结构以及超高的比表面积被广泛应用于储氢、电催化等领域。而对MOFs进行煅烧处理后得到的金属氧化物也可以很好的保留其原有的形貌结构。本文对有机配体的筛选通过室温下共沉淀的方法巧妙的制备出具有特定形貌的锰基MOFs,并以此为前驱体,在高温热处理后得到具有特定形貌和结构的锰基氧化物,并对所获得的材料进行电化学性能测试。主要研究内容如下:1.采用共沉淀法,以均苯三甲酸为配体,在室温下制备Mn-MOF微米球,随后在马弗炉中进行热处理得到了Mn2O3材料。通过对煅烧温度的优化最终获得了与Mn-MOF微米球结构一致的中空Mn2O3微球。电化学结果分析也显示了所制备的中空Mn2O3微球表现出最优异的电化学性能,电流密度为500m A g-1时,首次放电容量达到1341.2m Ah g-1,100圈的容量保持率为72.1%。2.分别对所制备的Mn-MOF纳米片和Mn-MOF微米球在惰性气氛下进行热处理,分别获得Mn O/C纳米片和Mn O/C微米球两种形貌的复合材料。其中Mn O/C微米球仍保持着Mn-MOF微米球形貌,而Mn O/C纳米片则为交联在一起的疏松片层状结构。尽管两种形貌的Mn O/C复合材料都表现出优异的电化学性能,但Mn O/C纳米片性能更优异,2000m A g-1电流密度下循环1000圈比容量仍保持为691.1m Ah g-1,保持率为96.3%。3.采用对苯二甲酸为配体,分别合成了Ni-Mn-MOF和Zn-Mn-MOF两种双金属MOFs,随后在马弗炉中进行煅烧,分别获得了Ni Mn2O4和Zn Mn2O4两种双金属氧化物。其中Ni Mn2O4形貌呈现片状,当电流密度为500m A g-1时获得了2183.3m Ah g-1首圈放电容量,Zn Mn2O4是由纳米颗粒组成的多孔板块状结构,当电流密度为500m A g-1时,获得了1790.2m Ah g-1首圈放电容量。
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