本文選題：金屬-有機(jī)骨架材料 + MIL-88A�。� 參考：《西安科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：鋰離子電池因具有能量密度大、輸出電壓高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),而被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通訊設(shè)備、數(shù)碼產(chǎn)品和新能源汽車等眾多領(lǐng)域。然而,隨著市場(chǎng)需求的不斷發(fā)展,當(dāng)前商品化的鋰離子電池已經(jīng)難以滿足新一代電氣設(shè)備對(duì)于大容量、高功率化學(xué)電源的需求。提升鋰離子電池電化學(xué)性能的關(guān)鍵在于新型電極材料的開(kāi)發(fā)。金屬-有機(jī)骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是一種由金屬離子和有機(jī)配體通過(guò)自組裝過(guò)程相互連接形成的一類具有規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)的多孔材料。MOFs材料中的無(wú)機(jī)金屬中心和有機(jī)配體在電化學(xué)過(guò)程中可以作為有效的氧化/還原活性位點(diǎn),并且其規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)有利于Li+的擴(kuò)散遷移,選用具有良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的MOFs能保證鋰離子電池在循環(huán)充放電過(guò)程中的性能穩(wěn)定,因此,MOFs是一種非常有潛力的鋰離子電池電極材料。本文基于水熱/溶劑熱合成法,成功制備了兩種亞微米尺寸的鐵基MOFs材料(MIL-88A和MIL-88B);隨后通過(guò)高溫煅燒或者與導(dǎo)電聚吡咯的原位復(fù)合,分別制備了鐵氧化物材料以及MOFs@PPy復(fù)合材料;采用X射線粉末衍射、紅外光譜、掃描電鏡等手段對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、組成和形貌進(jìn)行了分析表征,進(jìn)而探索了其在鋰離子電池中的潛在應(yīng)用。1、以FelCl3·6H2O為鐵源、反丁烯二酸為有機(jī)配體,采用水熱法成功合成了直徑約為500 nm、長(zhǎng)度為2～4μm的棒狀MIL-88A材料。當(dāng)用作鋰離子電池負(fù)極材料時(shí),MIL-88A表現(xiàn)出了一定的儲(chǔ)鋰能力(首次放電比容量為140.5 mA·h·g-1),但存在很高的首次容量損失并且循環(huán)性能不夠理想。巨正則系綜蒙特卡洛模擬結(jié)果表明,常溫下H2、C02和PF5等鋰離子電池常見(jiàn)氣體副產(chǎn)物在MIL-88A中的吸附量先隨著壓力的增大而迅速增加,隨后趨于平衡。平衡吸附量與其分子動(dòng)力學(xué)直徑密切相關(guān),分子動(dòng)力學(xué)直徑越小,平衡吸附量越大。MIL-88A有望用作一種鋰離子電池泄出氣體/電解液的收集材料。2、針對(duì)MIL-88A容易熱解的特點(diǎn),將其作為前驅(qū)體在空氣氣氛中煅燒能夠得到Fe2O3、在氮?dú)鈿夥障聁F燒可以得到鐵氧化物/碳復(fù)合材料;針對(duì)MIL-88A導(dǎo)電性差的缺點(diǎn),通過(guò)MIL-88A與導(dǎo)電聚吡咯的原位復(fù)合制備得到了 MIL-88A@PPy復(fù)合材料。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明:(a)與鐵氧化物/碳復(fù)合材料相比,以MIL-88A作為前驅(qū)體得到的Fe203表現(xiàn)出了更加優(yōu)異的充放電性能。在100 mA·g-1的電流密度下,Fe203經(jīng)過(guò)60次充放電循環(huán)后的可逆儲(chǔ)鋰容量仍可達(dá)817mA·h·g-1;(b)與純的MIL-88A相比,聚吡咯包覆MIL-88A(簡(jiǎn)稱MIL-88A@PPy)在中高頻區(qū)的阻抗顯著減小,表現(xiàn)出了更好的循環(huán)性能和倍率性能。3、為了進(jìn)一步探索導(dǎo)電高分子包覆于改善鐵基MOFs電化學(xué)性能的作用和效果。分別以六水合氯化鐵和1,4-對(duì)苯二甲酸為金屬離子源和有機(jī)配體,通過(guò)溶劑熱反應(yīng)制備得到了 MIL-88B;進(jìn)而通過(guò)吡咯單體在MIL-88B表面的原位氧化聚合制備了聚吡咯包覆的MIL-88B(簡(jiǎn)稱MIL-88B@PPy)。研究結(jié)果表明,導(dǎo)電聚吡咯的原位包覆不僅能夠顯著改善MIL-88B的首次充放電庫(kù)倫效率(在100 mA·g-1的電流密度下,首次充放電的庫(kù)倫效率可以從61.8%提高到84.6%);而且還可以有效減小活性物質(zhì)顆粒之間的界面阻抗,極大改善MIL-88B的循環(huán)穩(wěn)定性(在100 mA·g-1的電流密度下,MIL-88B@PPy經(jīng)過(guò)75次充放電循環(huán)后比容量還維持在初始容量的81%,而未包覆的MIL-88B材料僅剩下初始容量的13%)。
[Abstract]:Metal - organic framework materials ( MIL - 88A and MIL - 88B ) have been successfully synthesized from metal ions and organic ligands through self - assembly process .
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM912

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2070097