[發明專利]一種二維多孔金屬鈷配合物及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710217821.4
• 申請日: 2017-04-05
• 公開（公告）號: CN106946789B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 胡博文;史威威;陳大發
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C07D235/08
• 分類號: C07D235/08;H01M4/52
• 代理公司: 23109 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 侯靜

一種二維多孔金屬鈷配合物及其制備方法和應用，涉及一種配合物及其制備方法和應用。本發明為了解決金屬鈷配合物合成方法復雜、合成周期長，成本高、重復率低和結構不穩定的問題，以及現有的鋰離子電池負極材料循環性能不穩定和庫倫效率低的問題。二維多孔金屬鈷配合物的的化學式為Co(L¹)₂，其中L¹為4?苯并咪唑?1?苯甲酸一價陰離子；制備：取有機配體4?苯并咪唑?1?苯甲酸和氫氧化鈉并全部溶解于N,N?二甲基甲酰胺得到A溶液；取硫酸鈷溶解于乙醇得到B溶液；A溶液和B溶液混合；應用：利用二維多孔金屬鈷配合物制備鋰離子電池的負極材料。本發明二維多孔金屬鈷配合物的結構新穎，合成方法簡單，具有優異的電化學性能。

技術領域

本發明涉及一種二維多孔金屬鈷配合物及其制備方法和應用。

背景技術

近幾年，設計和合成具有特定結構的功能型配合物已經引起了科研工作者極大的關注。配位化學是一個跨越有機化學、無機化學、晶體工程學和拓撲學等學科的新興交叉研究領域，在合成、結構、性質和應用方面已取得了一系列進展。功能型配合物作為配位化學研究的主要對象，兼具了有機-無機雜化的特性，其結構豐富多彩，而且其內部孔徑尺寸、形狀可調控。因此可通過設計特定結構的有機配體，選擇不同性質的金屬離子，量身打造特定的功能材料，目前這些功能材料已廣泛應用于氣體儲存與分離、分子識別、藥物載體、催化等領域。但是目前該類材料在電極材料領域的應用剛剛起步，由于其組成中金屬離子、有機配體及構筑結構的多樣性，可制備出具有特殊形貌結構特點的金屬氧化物材料；此外，配合物由有機配體組成，其可作為碳材料的來源，通過設計特定結構的配合物，并制定合理的材料熱處理工藝，從而制備出具有不同結構形貌的多孔碳材料，因此多孔配合物及其衍生物有望成為一種高比容量、高循環穩定性、低成本的新型電極材料。

發明內容

本發明為了解決現有金屬鈷配合物合成方法復雜、合成周期長，成本高、重復率低和結構不穩定的問題，以及現有的鋰離子電池負極材料循環性能不穩定和庫倫效率低的問題，提供一種二維多孔金屬鈷配合物及其制備方法和應用。

一種二維多孔金屬鈷配合物，該配合物的化學式為Co(L¹)₂，其中L¹為4-苯并咪唑-1-苯甲酸一價陰離子；

所述二維多孔金屬鈷配合物為單斜晶系，空間群為C2/c，晶胞參數為：β＝125.09°；結構單元中，每個4-苯并咪唑-1-苯甲酸配體分子通過羧基上的O和苯并咪唑環上的N連接兩個Co(Ⅱ)離子，每個Co(Ⅱ)離子連接四個不同的4-苯并咪唑-1-苯甲酸配體分子，形成具有4⁴拓撲網絡的二維多孔層狀結構；

上述二維多孔金屬鈷配合物的制備方法為：

一、取有機配體4-苯并咪唑-1-苯甲酸和氫氧化鈉并全部溶解于N,N-二甲基甲酰胺中得到A溶液；

二、取硫酸鈷溶解于乙醇中得到B溶液；

三、將A溶液和B溶液混合，在60～70℃下反應45～50小時，然后自然冷卻到室溫，得到塊狀二維多孔金屬鈷配合物單晶；

所述硫酸鈷與乙醇的質量比(0.5～2)：79；所述4-苯并咪唑-1-苯甲酸、氫氧化鈉和硫酸鈷的摩爾比為3：(3～4)：1；

利用上述二維多孔金屬鈷配合物制備鋰離子電池的負極材料的應用，具體方法為：

將二維多孔金屬鈷配合物單晶在空氣氛圍下，以9～11℃/min的升溫速率升溫到450～550℃并保溫0.5～1.5h，即得到Co₃O₄活性材料；將得到的Co₃O₄活性材料用作鋰離子電池的負極材料，即完成；