[發明專利]一種金屬氧化物多孔框架/石墨烯復合纖維的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201810148857.6
• 申請日: 2018-02-13
• 公開（公告）號: CN108360089A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 曹澥宏;張琳;劉文賢;施文慧
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: D01F9/08
• 分類號: D01F9/08;D01F9/10
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明公開了一種金屬氧化物多孔框架/石墨烯復合纖維的制備方法，所述金屬氧化物多孔框架/石墨烯復合纖維為氧化石墨烯(GO)與MOF晶體粉末通過復合與煅燒得到的金屬氧化物多孔框架/石墨烯復合纖維。本發明制備方法操作簡單、條件溫和、形貌可調、結構可控、組分分布均勻，保留了石墨烯和以MOF晶體為模板得到的金屬氧化物多孔框架的結構完整性，兼具了石墨烯和金屬氧化物多孔框架的優異性能，能夠批量化或工業化生產，且其作為鋰離子電池負極材料，性能優異，具有很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及復合材料合成領域，尤其是涉及一種金屬氧化物多孔框架/石墨烯復合纖維的制備方法及其應用。

背景技術

隨著儲能技術的發展，鋰離子電池已經成為了最熱門的移動儲能設備。鋰離子電池具有高比能量、長循環壽命、高比功率、高安全性、無記憶效應和高輸出電壓等優點，廣泛應用于電腦、手機、電動汽車等移動電子設備中。隨著人們對儲能設備的需求不斷增長，現有的鋰離子電池性能已無法滿足人們的需求。

過渡金屬氧化物因其普遍具有高理論容量，用于鋰離子負極材料是非常具有前景的。然而過渡金屬氧化物負極材料存在著導電性差以及在鋰離子電池充放電過程中金屬氧化物顆粒易團聚等缺點嚴重阻礙了其直接作為鋰離子電池負極材料的應用。

金屬-有機框架材料(Metal-organic frameworks, MOF)是一種多維周期性的多孔骨架材料，主要由過渡金屬離子與有機配體通過絡合作用配位而成。以MOF作為前驅體制備得到的多孔碳、金屬氧化物復合材料等也被廣泛應用于清潔能源存儲與轉化系統，如鋰電池，燃料電池以及超級電容器等。

石墨烯擁有高的理論表面積、高導電性等優點，是理想的電極材料。將金屬氧化物與石墨烯復合，得到的鋰離子負極材料能夠有效的解決金屬氧化物導電性差、充放電過程中金屬氧化物顆粒易團聚等問題。由濕法紡絲法制備所得的多孔金屬氧化物/石墨烯復合纖維能夠兼具各組分的結構優勢，同時具有纖維材料的結構特性，在環境、能源、柔性器件等領域具有良好的應用前景。因此，開發一種溫和、簡單、普適的方法，構筑組份分布均勻，形貌和結構可控的金屬氧化物多孔框架/石墨烯復合纖維具有十分重要的意義。

發明內容

本發明是為了克服上述現有技術中二維和三維石墨烯復合材料力學強度、導電性以及柔韌性不高的問題，提供一種基于MOF的金屬氧化物多孔框架/石墨烯復合纖維制備方法，相比于傳統的二維、三維石墨烯復合材料，石墨烯復合纖維具有高力學強度、高導電性以及高柔韌性等特點。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種金屬氧化物多孔框架/石墨烯復合纖維的制備方法，所述金屬氧化物多孔框架/石墨烯復合纖維為氧化石墨烯(GO)與MOF晶體粉末通過復合與煅燒得到的金屬氧化物多孔框架/石墨烯復合纖維。本發明對于所有MOF晶體幾乎都適用，MOF晶體的制備方法可通過文獻查閱獲得，例如Fe-MOF、ZIF-8、Co-MOF、Ni-MOF、Cu-MOF晶體均可通過溶劑熱的方法合成；在與氧化石墨烯混合的過程中，可以加入一種MOF，也可以加入兩種或兩種以上的MOF。