主客体结构γ-CD-MOF衍生材料的制备及电化学性能
发布时间：2021-11-19 19:23
金属有机框架材料（MOFs）因其可控的晶体结构、规则的孔隙和超大的比表面积,而广泛应用于电池、催化等能量转换领域。然而,由于合成MOFs常用的有机配体大多昂贵且有毒性,所带来的产率、成本和安全性问题不容忽视。近年来,一种以环糊精为配体的新型MOF（CD-MOF）引起了研究者的极大关注。环糊精不仅毒性低,而且由于其独特的环状结构和内疏水-外亲水特性,成为目前超分子化学中最主要的主体材料之一。本文以γ-CD-MOF包合物和其衍生的碳复合材料为研究对象,结合MOFs和主客体化学合成技术,构筑具有“石榴”结构的碳封装氧化物纳米复合材料,并探究材料结构与电化学性能间的构效关系。采用微波辅助液相法合成了具有主客体结构的γ-CD-MOF包合物,并结合高温热解技术制备了具有石榴结构的碳复合材料,研究了不同客体分子、调节剂、烧结温度等对产物形貌和结构的影响。研究发现利用γ-环糊精的包合特性,可以在分子尺度上将金属有机盐均匀封装到γ-CD-MOF晶体中,从而实现了后续碳封装复合材料中金属氧化物的纳米尺寸调控。对材料的电化学性能测试结果表明,在200 m A g-1的电流密度下,其初始放电比容量达到400 ...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的工作原理
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文6图1-2TiO2纳米片组装的分级结构空心纳米线[35]相比于过渡金属氧化物，过渡金属硫化物(TMDCs)的循环可逆脱嵌过程更稳定且金属硫键更易发生转化反应，近些年被广泛研究于锂离子电池。一些非层状的金属硫化物如FeSx[43]，CoSx[44,45]，NiSx[46]等，与碳材料复合，可作为锂离子电池负极材料。Sun等[47]通过奥斯瓦尔德熟化法合成了均匀的无碳CoSx多孔核壳中空结构负极材料，在0.5Ag-1的100次循环后，储理性能仍保有1012.1mAhg-1，具有较大的容量保持率。1.3金属有机框架及其衍生材料的发展1.3.1金属有机框架材料概述金属－有机框架材料(MOFs)首先被Yaghi和Kitagawa等科学团队发现，从而极大地促进这类材料的迅速发展和应用。1995年，Yaghi首次定义了MOFs的概念，并强调了它的多孔骨架结构。MOFs中的有机配体通常是二元/多位有机羧酸盐/多氮化合物(如苯甲酸盐，咪唑、联吡啶等)，金属中心离子通常为过渡金属离子，如Fe、Cu、Co、Zn、Ni、Mn等，其中的主要配位模式是与氧、氮配位[28-30]。金属离子与有机连接体间的配位作用比氢键要强得多，并且与其他弱相互作用(例如ππ堆叠)相比，具有更强的方向性。构成MOFs多样的金属离子和有机配体，使得它们的结构和相应的物理化学性质(如孔隙率、结晶度和金属－配体相互作用)可以通过金属中心和有机配体的适当组合来轻松调节[48]。在1995年，Yaghi课题组选用二价的Cu、Zn离子与不同的羧酸有机配体自组装形成了结构不同的MOFs，而后他们又成功制备出了以Zn4O(CO2)6为原型的IRMOF-n(n=1~16)一系列多孔材料，如图1-3所示。虽然这些IRMOF材料具
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文7有完全相同的拓扑结构，但由于修饰了不同的官能团，故这些同类材料表现出了完全不同的性能[49,50]。除此之外，法国的凡尔赛大学Férey课题组[51]在MIL系列的金属有机框架化合物的研究方面以及中山大学的陈小明课题组等在沸石咪唑框架(ZeoliticInidazolateFrameworks,ZIFs)取得的一系列成果也进一步拓展了MOFs在气体吸附、物质分离、光电化学等领域的应用。到目前为止，已经开发了几十种类沸石咪唑酯骨架系列材料，具有可控结构和稳定的孔隙率，以及不错的耐热性和化学稳定性，被广泛应用于各种研究领域，如图1-4所示。图1-3IRMOF-n(n=1~16)的单晶X射线结构图[49]图1-4ZIFs系列材料的结构[51]
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米空心硅负极材料的制备与性能研究[J]. 刘源,张文广,李慧玉,郑曦,邱新平. 电源技术. 2019(10)
[2]MOFs作为牺牲模板制备纳米多孔碳材料的方法及其应用[J]. 姚显芳,李映伟. 科学通报. 2015(20)
[3]金属有机骨架材料固载金属催化剂的应用[J]. 吴孙涛,姚显芳. 广州化工. 2015(11)
[4]锂电池发展简史[J]. 黄彦瑜. 物理. 2007(08)
[5]环糊精包合客体分子机理的研究[J]. 刘夺奎,董振礼. 染料与染色. 2004(03)
博士论文
[1]MOFs衍生碳基材料的制备及性能研究[D]. 潘莹.吉林大学 2018
硕士论文
[1]氧化亚钴纳米复合材料的制备及在锂离子电池负极材料上的应用[D]. 张慧.齐鲁工业大学 2018
本文编号：3505698
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的工作原理
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文6图1-2TiO2纳米片组装的分级结构空心纳米线[35]相比于过渡金属氧化物，过渡金属硫化物(TMDCs)的循环可逆脱嵌过程更稳定且金属硫键更易发生转化反应，近些年被广泛研究于锂离子电池。一些非层状的金属硫化物如FeSx[43]，CoSx[44,45]，NiSx[46]等，与碳材料复合，可作为锂离子电池负极材料。Sun等[47]通过奥斯瓦尔德熟化法合成了均匀的无碳CoSx多孔核壳中空结构负极材料，在0.5Ag-1的100次循环后，储理性能仍保有1012.1mAhg-1，具有较大的容量保持率。1.3金属有机框架及其衍生材料的发展1.3.1金属有机框架材料概述金属－有机框架材料(MOFs)首先被Yaghi和Kitagawa等科学团队发现，从而极大地促进这类材料的迅速发展和应用。1995年，Yaghi首次定义了MOFs的概念，并强调了它的多孔骨架结构。MOFs中的有机配体通常是二元/多位有机羧酸盐/多氮化合物(如苯甲酸盐，咪唑、联吡啶等)，金属中心离子通常为过渡金属离子，如Fe、Cu、Co、Zn、Ni、Mn等，其中的主要配位模式是与氧、氮配位[28-30]。金属离子与有机连接体间的配位作用比氢键要强得多，并且与其他弱相互作用(例如ππ堆叠)相比，具有更强的方向性。构成MOFs多样的金属离子和有机配体，使得它们的结构和相应的物理化学性质(如孔隙率、结晶度和金属－配体相互作用)可以通过金属中心和有机配体的适当组合来轻松调节[48]。在1995年，Yaghi课题组选用二价的Cu、Zn离子与不同的羧酸有机配体自组装形成了结构不同的MOFs，而后他们又成功制备出了以Zn4O(CO2)6为原型的IRMOF-n(n=1~16)一系列多孔材料，如图1-3所示。虽然这些IRMOF材料具
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文7有完全相同的拓扑结构，但由于修饰了不同的官能团，故这些同类材料表现出了完全不同的性能[49,50]。除此之外，法国的凡尔赛大学Férey课题组[51]在MIL系列的金属有机框架化合物的研究方面以及中山大学的陈小明课题组等在沸石咪唑框架(ZeoliticInidazolateFrameworks,ZIFs)取得的一系列成果也进一步拓展了MOFs在气体吸附、物质分离、光电化学等领域的应用。到目前为止，已经开发了几十种类沸石咪唑酯骨架系列材料，具有可控结构和稳定的孔隙率，以及不错的耐热性和化学稳定性，被广泛应用于各种研究领域，如图1-4所示。图1-3IRMOF-n(n=1~16)的单晶X射线结构图[49]图1-4ZIFs系列材料的结构[51]
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米空心硅负极材料的制备与性能研究[J]. 刘源,张文广,李慧玉,郑曦,邱新平. 电源技术. 2019(10)
[2]MOFs作为牺牲模板制备纳米多孔碳材料的方法及其应用[J]. 姚显芳,李映伟. 科学通报. 2015(20)
[3]金属有机骨架材料固载金属催化剂的应用[J]. 吴孙涛,姚显芳. 广州化工. 2015(11)
[4]锂电池发展简史[J]. 黄彦瑜. 物理. 2007(08)
[5]环糊精包合客体分子机理的研究[J]. 刘夺奎,董振礼. 染料与染色. 2004(03)
博士论文
[1]MOFs衍生碳基材料的制备及性能研究[D]. 潘莹.吉林大学 2018
硕士论文
[1]氧化亚钴纳米复合材料的制备及在锂离子电池负极材料上的应用[D]. 张慧.齐鲁工业大学 2018
本文编号：3505698
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