本文關鍵詞： MOFs材料 羧酸類配體 溶劑熱法制備 鋰離子電池電極材料　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：金屬有機骨架(Metal organic frameworks,MOFs)材料是由有機配體與中心金屬離子通過配位鍵,π-π鍵或氫鍵等作用自行組裝而成的具有二維層狀或三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的新型功能材料,具有迷人的拓撲結(jié)構(gòu)和永久的孔隙率,比表面積大、結(jié)構(gòu)易控可調(diào)、功能多樣化,在催化、分子識別、磁性等領域具有潛在的應用價值。此外,目前以MOFs材料為前軀體熱解后得到的金屬氧化物已廣泛應用于鋰離子電池的電極材料,且顯示了優(yōu)異的電化學性能。但隨著大功率電子設備的迅速發(fā)展,目前商業(yè)化鋰離子電池電極材料的穩(wěn)定性能、倍率性能及安全性亟待進一步提高,故開發(fā)具有優(yōu)異電化學性能的電極材料具有十分重要的意義。本文利用兩種羧酸類配體3,3',5,5'-偶氮聯(lián)苯四羧酸(3,3',5,5'-azobenzenetetracarboxylic acid,H_4ABTC)和4-苯并咪唑-1-苯甲酸(4-bezimidazole-1-benzoic acid,HCPBm)與金屬離子Co~(2+)、Ni~(2+)、La~(3+)、Eu~(3+)、Tb~(3+)、Gd~(3+)通過溶劑熱法制備了7種結(jié)構(gòu)新穎的MOFs材料:{[Eu(HABTC)(H_2O)_2]·2H_2O}_n(1),{[Tb(HABTC)(H_2O)_2]·2H_2O}_n(2),{[Gd(HABTC)(H_2O)_2]·2H_2O}_n(3),{[La_2(ABTC)(H_2O)_6]·2H_2O}_n(4),{[Ni_2(ABTC)(H_2O)_3(DMF)]·2H_2O}_n(5),[Co(CPBm))2]_n(6)和[Ni(CPBm)_2]_n(7);其中,MOFs材料1-3配位模式相同,MOFs材料1-4皆為二維層狀結(jié)構(gòu),MOFs材料5具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),MOFs材料6和7均為二維層狀結(jié)構(gòu),具有一維孔道;深入分析MOFs材料的結(jié)構(gòu)特點,以MOFs材料6和7為前軀體熱解后成功制備了Co_3O_4和Ni O鋰離子電池電極材料,對其進行了電化學性能測試并對充放電循環(huán)前后的Co_3O_4和NiO電極材料進行了SEM、TEM及高分辨TEM表征,結(jié)果顯示,在2000 m A/g高電流密度下充放電循環(huán)50次后,Co_3O_4和Ni O電極材料依然能保持良好的形態(tài),維持98.0%和96.2%的高庫倫效率,此外,Co_3O_4電極材料依然能保持569.9 m Ah/g的高比容量,展示了更為優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
[Abstract]:Metal organic skeleton metal organic frames (MOFs) is a novel functional material composed of organic ligands and central metal ions through coordination bonds, 蟺-蟺 bonds or hydrogen bonds. Attractive topology and permanent porosity, large specific surface area, adjustable structure, diverse functions, potential applications in catalysis, molecular recognition, magnetism and so on. Metal oxides obtained by pyrolysis of MOFs materials have been widely used in electrode materials of lithium ion batteries and have shown excellent electrochemical properties. However, with the rapid development of high-power electronic equipment, At present, the stability, rate performance and safety of commercial lithium ion battery electrode materials need to be further improved. Therefore, it is of great significance to develop electrode materials with excellent electrochemical properties. In this paper, two kinds of carboxylic acid ligands, 3AZA3, Tacarboxylic acid (H4ABTCm) and 4-bezimidazidazidazidazidazidazole-1-benzoic acid (HCPBm), are used in this paper. Seven novel MOFs materials have been prepared by solvothermal method: {[Eu(HABTC)(H_2O)_2] 路2H _ 2O} NJ _ 1, {[Tb(HABTC)(H_2O)_2] 路2H _ 2O} n _ 2n _ 2s, {[Gd(HABTC)(H_2O)_2] 路2H _ 2O} n _ 2s _ 3, {[La_2(ABTC)(H_2O)_6] 路2H _ 2O} n _ 4, {[La_2(ABTC)(H_2O)_6] 路2H _ 2O} n _ 4, {[Ni2ABT _ 2H _ 2O _ 2O _ 3DMF] 路2H _ 2O} n _ 5o _ 5, [Co(CPBm))2] n6s) and [Ni(CPBm)_2] n6s] and [Ni(CPBm)_2] nfs ~ (7) and [Ni(CPBm)_2] nfs ~ (7). The electrode materials of Co_3O_4 and Ni O lithium-ion batteries were successfully prepared by pyrolysis of MOFs materials 6 and 7. Co_3O_4 and NiO electrode materials before and after charge-discharge cycle were characterized by Co_3O_4 and high resolution TEM. At high current density of 2000mA-1 / g, after 50 cycles of charge and discharge cycles, Co3OStup4 and NiO electrode materials can still maintain good morphology and maintain high Coulomb efficiency of 98.0% and 96.2%. In addition, Co3OSn4 electrode materials can still maintain a high specific capacity of 569.9m Ah/g. Better cyclic stability is shown.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O641.4;TM912

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