[發明專利]MOFs衍生的中空多面體Co3

在審

• 申請號: 202110866496.0
• 申請日: 2021-07-29
• 公開（公告）號: CN113501552A
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 楊蓉;樊潮江;黃勇;楊云;燕映霖
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: C01G51/00
• 分類號: C01G51/00;B82Y40/00;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 曾慶喜

本發明公開了一種MOFs衍生的中空多面體Co₃S₄，所述中空多面體Co₃S₄為ZIF?67衍生的微?介孔納米中空多面體，中空多面體Co3S4尺寸為200nm～1000nm，殼層厚度為5nm～20nm。本發明還公開了一種MOFs衍生的中空多面體Co₃S₄的方法，具體按照以下步驟實施：步驟1，采用簡單室溫沉淀法合成ZIF?67納米多面體；步驟2，以步驟1得到的ZIF?67納米多面體作為模板和鈷源加入硫代乙酰胺，之后采用溶劑熱法反應制得前驅體；ZIF?67納米多面體和硫代乙酰胺的摩爾比為1：1～5；步驟3，將步驟2得到的前驅體放在惰性氣氛中熱處理，即得到中空多面體Co₃S₄。

技術領域

本發明屬于硫鋰電池技術領域，具體涉及一種MOFs衍生的中空多面體Co₃S₄，還涉及一種MOFs衍生的中空多面體Co₃S₄以及該MOFs衍生的中空多面體Co₃S₄的應用。

背景技術

金屬有機骨架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)材料是由有機配體通過配位鍵與無機金屬中心雜化形成的立體網絡結構晶體。具有高比表面積(1000m²/g～10000m²/g)、孔道結構豐富且可調控、反應活性位點多、生物相容性等特性，在各個領域都有潛在的應用價值(Chemical Society Reviews,2017,46:3108-3133)。能源危機和環境污染已逐漸成為阻礙社會發展并影響人類生活的關鍵問題，電化學儲能因其高能效和清潔而備受關注，鋰硫電池因具有高達1675mAh/g的理論比容量和2600Wh/kg的能量密度以及環境友好和硫儲量豐富等優點被廣泛研究。然而，正極材料硫載量低以及多硫化鋰溶解和遷移引起的“穿梭效應”問題嚴重阻礙了鋰硫電池的發展，通常需要通過結構和材料設計來提高硫載量并抑制“穿梭效應”。

構建中空結構是提高硫載量和抑制“穿梭效應”的有效方法之一。近年來，金屬有機骨架被用作一種理想的前驅體用來設計特殊結構過渡金屬化合物。例如：公開號為CN111424429A的發明專利公開了一種金屬硫化物多孔框架材料、其制備方法及應用，該方法首先在碳布表面生長過渡金屬氧化物納米陣列，并以此為基底原為生長MOFs材料，并通過硫化得到金屬硫化物多孔、中空框架材料；公開號為CN111668503A的發明專利提供一種雙金屬硫化物鋰空氣電池正極材料及其制備方法與應用，先制備炭黑修飾的碳紙，然后利用共沉淀法在炭黑修飾的碳紙表面原位生長鈷鋅雙金屬MOFs納米片陣列，最后以硫代乙酰胺為硫源通過低溫水熱法制備中空的鋅鈷雙金屬硫化物納米片陣列。但是，兩者均需要以碳布或碳紙為基體制備特殊結構的化合物，制備方法復雜、工藝成本高且無法獲得高純度的特殊結構過渡金屬化合物。

發明內容

本發明的第一個目的是提供一種MOFs衍生的中空多面體Co₃S₄，以解決鋰硫電池由于電極材料硫載量低以及多硫化鋰溶解和遷移引起的“穿梭效應”問題。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種MOFs衍生的中空多面體Co₃S₄，所述中空多面體Co₃S₄為ZIF-67衍生的微-介孔納米中空多面體。

作為本發明的一種優選的技術方案，所述中空多面體Co₃S₄尺寸為200nm～1000nm，殼層厚度為5nm～20nm。

本發明的第二個目的是提供一種MOFs衍生的中空多面體Co₃S₄的方法，用以制備上述MOFs衍生的中空多面體Co₃S₄。