双金属簇有机框架材料的设计合成及其应用于锂离子电池的性能研究
本文选题:金属-有机骨架 + 锂离子电池 ; 参考:《东北师范大学》2017年硕士论文
【摘要】:随着化石燃料的日益消耗以及燃烧化石燃料引起严重的环境污染问题,能量转换和存储成为了世界瞩目的热点。为了解决这些问题,寻找可再生、环境友好的化石燃料替代品是非常有必要的。存储可再生的能源需要能量存储器件,而锂离子电池(Li-Ion Batteries,LIBs)是非常理想的电化学体系之一。金属-有机骨架(MOFs)材料是一种高度多孔结构的晶态材料,各组成元件之间的空间分散度非常统一。可调的孔尺寸、多变的拓扑结构、有机-无机杂化特性和多功能性使得MOFs在能量储存等方面具有很大的优势。近年来,MOFs在作为锂离子电池负极材料方面也展现出了优异的能力和潜力。因为双金属簇比单金属氧化物导电性更好,所以有可能会更适于LIBs负极材料。此外,金属硫化物是一种很好的LIBs负极材料,但是,易溶于电解液、动力学较差等原因限制了其应用。而利用含有硫活性位点的有机配体构筑MOFs材料,将硫锚定在框架的孔道中,可以防止硫形成硫化物而损失。因此,硫掺杂的双金属簇MOFs材料做LIBs负极材料也是很有意义的。本文运用预先合成双金属簇的策略,与半刚性三齿配体构成了三种同构的手性双金属簇MOFs材料。我们分别研究了这些化合物在作为LIBs负极材料方面的应用。改善单金属MOFs材料的导电性,并探索含有不同金属元素的双金属簇对LIBs性能的影响。[(FeCo_(0.5)O_2)(C_(15)O_8H_7)]·8DMF(1)[(FeNi_(0.5)O_2)(C_(15)O_8H_7)]·8DMF(2)[(FeCo_(0.5)O_2)(C_(15)O_8H_7)]·8DMF(3)同样运用双金属策略,与刚性含硫活性位点的二齿羧酸配体构筑了一例硫掺杂的双金属簇MOF晶体。该晶体的容量保持率相对于没有硫掺杂的双金属簇MOFs要高很多,证明硫活性位点对于提高LIBs的性能是非常有效的。[(Fe_2Co)(C_6SO_4H_2)3]·(C_3NO)3(4)
[Abstract]:With the increasing consumption of fossil fuels and the serious environmental pollution caused by the burning of fossil fuels, energy conversion and storage has become a hot spot in the world. In order to solve these problems and find renewable, environmentally friendly alternatives to fossil fuels are essential. Energy storage devices are needed to store renewable energy, and Li-Ion Batterieslbs (Li-Ion Battery) is one of the most ideal electrochemical systems. The metal-organic framework MOFs) material is a kind of crystalline material with high porous structure, and the spatial dispersion of each component is very uniform. Adjustable pore size, variable topology, organic-inorganic hybrid characteristics and versatility make MOFs have great advantages in energy storage. In recent years, MOFs have shown excellent capability and potential as anode materials for lithium ion batteries. Because bimetallic clusters have better conductivity than monometallic oxides, it is possible that bimetallic clusters are more suitable for LIBs anode materials. In addition, metal sulfide is a good LIBs anode material, but its application is limited due to its easy dissolution in electrolyte and poor kinetics. Using organic ligands containing sulfur active sites to construct MOFs materials and anchoring sulfur in the pore of the frame can prevent sulfur from forming sulfide and losing it. Therefore, it is significant to use sulfur doped bimetallic cluster MOFs as LIBs anode material. In this paper, three isomorphic chiral bimetallic MOFs materials have been constructed by using the strategy of pre-synthesis of bimetallic clusters and semi-rigid tridentate ligands. We have studied the applications of these compounds as LIBs anode materials. To improve the conductivity of single-metal MOFs materials and to explore the effect of bimetallic clusters containing different metal elements on the performance of LIBs. A case of sulfur doped bimetallic cluster MOF crystal was constructed with dicarboxylic acid ligands with rigid sulfur active sites. The capacity retention rate of the crystal is much higher than that of the non-sulfur doped bimetallic cluster MOFs, which proves that the sulfur active site is very effective in improving the performance of LIBs.
【学位授予单位】:东北师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O641.4;TM912
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,本文编号:1966353
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