[發明專利]金屬酞菁配合物化學修飾的碳復合材料、電池正極材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202010191764.9
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111450888A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 胡成;陳傳忠;楊曉霞
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;B01J21/18;B01J35/00;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 陳輝

1.一種金屬酞菁配合物化學修飾的碳復合材料，其特征在于，包括：碳材料，以及附著在該碳材料上的金屬酞菁配合物。

2.如權利要求1所述的金屬酞菁配合物化學修飾的碳復合材料，所述金屬酞菁配合物的外圍具有取代基，且金屬酞菁配合物與碳材料之間通過兩者的取代基縮合后形成的化學鍵連接。

3.如權利要求2所述的金屬酞菁配合物化學修飾的碳復合材料，其特征在于，所述金屬酞菁配合物包括：單核酞菁、雙核酞菁、聚酞菁、萘酞菁化合物、硅酞菁、鈦氧酞菁、酞菁衍生物中的至少一種；

或者，所述金屬酞菁配合物中心原子包括：錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鉑、砷、釩、鉬、釕、銠、鎢、銥、錸、鋨、鎬、鑭、鈰、鐒、銪、鈮、鈀中的任意一種；

或者，所述金屬酞菁配合物外圍取代基的數目包括四取代基或八取代基；

或者，所述金屬酞菁配合物外圍取代基的種類包括：磺酸基、硝基、氨基、烷基、芳基、羧基、酰胺基、烷基、酯基、四乙酰氨基、乙酸基、烷氧基中的至少一種。

4.如權利要求2或3所述的金屬酞菁配合物化學修飾的碳復合材料，其特征在于，所述碳材料包括多壁碳納米管、單壁碳納米管、碳納米纖維、石墨烯、導電碳黑、多孔碳、介孔碳中的至少一種；

或者，所述碳材料的取代基種類包括：氟、氯、溴、碘、羧基、羥基、氨基中的至少一種。

5.權利要求1-4任一項所述的金屬酞菁配合物化學修飾的碳復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)將金屬酞菁配合物、碳材料和有機溶劑混合均勻，得混合物；

(2)在所述步驟(1)的混合物中反應催化劑，然后將得到的反應體系在加熱條件下反應，反應結束后分離出固體產物；

(3)去除步驟(2)得到的固體產物表面的殘留液，干燥，即得。

6.如權利要求5所述的金屬酞菁配合物化學修飾的碳復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述有機溶劑包括：二甲基亞砜、乙醇、去離子水、二氯甲烷、N-甲基吡咯烷酮、N,N二甲基甲酰胺、苯、甲苯、四氯化碳、丙酮、乙醚、己烷、石油醚、乙酸乙酯中的任意一種；

或者，步驟(1)中，所述金屬酞菁配合物與碳材料質量比為1:3～3:1；

或者，步驟(2)中，所述反應催化劑包括：吡啶、4-二甲氨基吡啶、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亞胺等中的任意一種；

或者，步驟(2)中，所述反應催化劑與混合物的體積比為1:100～1:1000；

或者，步驟(2)中，所述反應催化劑的加入、反應過程在空氣下進行或者在保護氣氛下進行；優選地，所述保護氣氛包括氮氣、氬氣或氦氣；

或者，步驟(2)中，所述加熱溫度為160～180℃，反應時間為8～24h；

或者，步驟(2)中，所述分離固體產物的方法為過濾或離心；

或者，步驟(3)中，去除所述固體產物表面的殘留液的方法為：分別用二甲基亞砜、N,N二甲基甲酰胺、甲醇、乙醇、去離子水對固體產物反復洗滌；

或者，步驟(3)中，所述干燥的方法為加熱干燥、冷凍干燥或超臨界干燥。

7.一種鋰硫電池的正極材料，其特征在于，包括權利要求1-4任一項所述的金屬酞菁配合物化學修飾的碳復合材料和/或權利要求5或6所述的方法制備的金屬酞菁配合物化學修飾的碳復合材料，以及，負載在該復合材料上的硫元素。

8.如權利要求7所述的鋰硫電池的正極材料，其特征在于，所述硫元素以單質硫的形式負載在所述金屬酞菁配合物化學修飾的碳復合材料上；優選地，所述硫元素在正極材料中的質量占比不低于50％，更優選為60-95％。