[發明專利]一種鈷基金屬有機骨架Co-MOF材料的制備方法及應用

在審

• 申請號: 202011001812.X
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112280051A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 李會;姚川;李浩;張羽翔;張時星;孫紅;楊玲;秦國浩;趙英杰
• 申請（專利權）人: 許昌學院
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;H01M4/60;H01M10/0525
• 代理公司: 北京化育知識產權代理有限公司 11833
• 代理人: 涂琪順

本發明提供一種鈷基金屬有機骨架Co?MOF材料的制備方法及應用，所述Co?MOF材料的制備方法為：常溫下將配體4’?苯基?[2,2’:6’,2”?三聯吡啶]?4,4”?二羧酸和六水硝酸鈷分別溶解在水中；向混合水溶液中加入0.5mL硝酸，以及1?3mL的二甲基亞砜和3?6mL的N,N?二甲基甲酰胺進行混合，并將混合溶液放入反應釜內襯中進行超聲處理15～45min；將反應釜放入鼓風干燥箱在溫度為120～140℃的條件下進行加熱反應；冷卻至室溫后，對反應釜中的反應液進行過濾，得到紫紅色條狀Co?MOF晶體。本發明的Co?MOF材料具有合成方法簡單，產量和純度高，以及組成和結構明確的特點，且Co?MOF材料首次直接應用于鋰電池電極材料領域，且電化學性能良好，具有高放電容量和庫倫效率。

技術領域

本發明屬于電池電極材料的制備技術領域，尤其涉及一種鈷基金屬有機骨架Co-MOF材料的制備方法及應用。

背景技術

鋰離子電池(LIBs)因其具有環境友好、高能量密度及較低成本等優勢成為了重要的儲能器件，被廣泛地應用于方方面面。近些年來鋰離子電池的發展卻逐步放緩，對電動交通工具的推廣及其他能源產業的進步產生了嚴重的阻礙。常用的鋰電池負極材料有石墨和無定形等碳類材料和錫基、硅基等非碳類材料兩大類。但是碳類材料雖然具有較好的導電性，但是其倍率性能較差，而非碳類材料具有比容量低，循環性能差等缺點，已無法滿足當今電動設施的發展需求。鋰離子電池若想實現迅速發展，就要在保證電池安全性的前提下，探索可逆容量更高和穩定性更出色的負極材料。

金屬有機骨架化合物(MOFs)是由金屬節點和有機配體通過配位鍵自組裝而成的具有一維，二維，或三維結構的晶體材料。通過選擇不同的金屬離子或有機配體可實現所合成配合物結構和性質的調控。因此，MOFs除了具有結構可設計性強等優點，還有比表面積大、孔隙率高等顯著的特點，而這些性質使MOFs在電極材料方面具有可觀的潛在應用價值。一般而言，多孔結構的設計有以下的優勢：(1)暴露更多的活性位點，容量升高；(2)孔隙結構提高了離子遷移率和擴散系數，導致氧化還原反應動力學顯著增強。

但是MOFs材料穩定性差的缺陷卻阻礙了其進一步的開發應用.

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種鈷基金屬有機骨架Co-MOF材料的制備方法及應用，本發明選用4’-苯基-[2,2’:6’,2”-三聯吡啶]-4,4”-二羧酸為配體構筑Co-MOF，其作為鋰電池電極材料表現出了較好的電池性能。

所述Co-MOF材料的制備方法為：

S1：常溫下將配體4’-苯基-[2,2’:6’,2”-三聯吡啶]-4,4”-二羧酸和六水硝酸鈷分別溶解在水中；

S2：向混合水溶液中加入0.5mL硝酸，以及1-3mL的二甲基亞砜和3-6mL的N,N-二甲基甲酰胺進行混合，并將混合溶液放入反應釜內襯中進行超聲處理15～45min；

S3：將反應釜放入鼓風干燥箱在溫度為120～140℃的條件下進行加熱反應；

S4：冷卻至室溫后，對反應釜中的反應液進行過濾，得到紫紅色條狀Co-MOF晶體。

優選的，所述的Co-MOF材料應用為電極材料的預處理過程包括以下步驟：

s1：交換溶劑：將上述得到的Co-MOF晶體浸泡在丙酮溶液中72h進行溶劑交換；

s2：真空干燥：將丙酮溶劑通過傾析法倒出，并放入真空干燥箱中干燥12h。

優選的，所述的Co-MOF材料可直接用作鋰電池的負極材料。