金屬有機(jī)框架(MOF)制備、改性及其在鋰硫電池中的應(yīng)用.pdf

1、中圖分類號UDCTM91128碩士學(xué)位論文學(xué)校代碼lQ533金屬有機(jī)框架moF_)制備、改，I生及其在鋰硫電池中的應(yīng)用SynthesisandModificationofMetalOrganicFrameworks(MOF)andTheirApplicationforLithiumSulfurBatteries作者姓名：學(xué)科專業(yè)：研究方向：學(xué)院(系、所)：指導(dǎo)教師：包維齋冶金工程化學(xué)電源冶金與環(huán)境學(xué)院張治安副教授論文答辯日期趣!：￡!!

2、l答辯委員會主席中南大學(xué)2014年05月金屬有機(jī)框架(MOF)制備、改性及其在鋰硫電池中的應(yīng)用摘要：鋰硫電池是一種極具發(fā)展前景的高能量密度電池體系。比容量高和循環(huán)性能好的多孔骨架／硫復(fù)合電極材料是鋰硫電池的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。探尋具有良好導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)、高比表面積、合適孔結(jié)構(gòu)和大小的多孔骨架材料，提高硫正極的電化學(xué)活性、吸附性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，實現(xiàn)高載硫量與高利用率的協(xié)同，對于高能量密度鋰硫電池的發(fā)展具有重要理論基礎(chǔ)和學(xué)術(shù)價值。本文以金屬有機(jī)框架作

3、為多孔骨架研究對象，成功制備了兩種比表面積大，孔徑適合的多孔金屬有機(jī)框架Cr3F(H20)20(BDC)3“nH20(MIL101)和Zn40(BDC)3(MOF5)(BDC=對苯二甲酸)，通過原位包覆或碳化進(jìn)行改性，制備了三種電化學(xué)性能優(yōu)異的復(fù)合多孔骨架；通過低溫液相和熔融熱處理，分別合成了硫介孔金屬有機(jī)框架／石墨烯復(fù)合材料，硫介孔炭／多壁碳納米管復(fù)合材料和硫介孔炭／氧化石墨烯復(fù)合材料三種含硫正極材料，研究其理化性質(zhì)和電化學(xué)性能。獲得

4、的主要結(jié)果如下：1硫介孔金屬有機(jī)框架／石墨烯復(fù)合材料：采用水熱法成功合成了微孔結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大的介孔金屬有機(jī)框架(MIL101)，采用“石墨烯與介孔金屬有機(jī)框架原位復(fù)合硫的液相滲透“二步工藝制備了電化學(xué)性能優(yōu)異的硫介孔金屬有機(jī)框架／石墨烯／復(fù)合正極材料。電化學(xué)測試結(jié)果顯示，與常規(guī)的單質(zhì)硫正極材料相比，MIL101(Cr)@rGO／S硫正極半電池首次放電比容量為980mAhg～，50次循環(huán)后仍保持650mAhg～，容量保持率為667％

5、，循環(huán)性能表現(xiàn)得到明顯的改善，保持較高的正極材料活性物質(zhì)利用率，并顯著提高硫基正極循環(huán)穩(wěn)定性。2硫介孔炭／多壁碳納米管復(fù)合材料：采用溶劑熱法成功合成了具有豐富介孔結(jié)構(gòu)的介孔金屬有機(jī)框架／多壁碳納米管(MWCNT@MOF5)，以此材料為模板和前驅(qū)體，采用高溫碳化法制備具有良好導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)、高比表面積、合適孔結(jié)構(gòu)的介孔炭／多壁碳納米管復(fù)合材料，通過熱處理的方法，將熔融的硫滲入多孔碳骨架中得到硫介孔炭／多壁碳納米管復(fù)合材料(MWCNT@Meso—