[发明专利]一种MOF衍生的二氧化锰/四氧化三锰的层状复合材料的制备方法

说明书

本发明提供一种MOF衍生的二氧化锰/四氧化三锰的层状复合材料的制备方法，其包括以下步骤：S1、以金属锰源和2,5‑二羟基对苯二甲酸作为前驱体，将金属锰源和2,5‑二羟基对苯二甲酸溶解到N，N‑二甲基甲酰胺‑乙醇‑水的混合溶剂中，获得混合溶液A；S2、混合溶液A倒入聚四氟乙烯内衬中，安装不锈钢反应釜；S3、将安装好的不锈钢反应釜置于坩锅炉中，加热15～24小时，加热结束后，取出产物B；S4、将产物B依次用无水乙醇和蒸馏水离心洗涤，过滤，真空干燥箱中50℃～70℃下真空干燥12～24小时，得到混合物C；S5、将混合物在惰性气体氮气氛围中。本发明可避免去除表面活性剂的后续的除杂处理步骤，操作步骤简单，制作成本低廉。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体地涉及一种MOF衍生的二氧化锰/四氧化三锰的层状复合材料的制备方法。

背景技术

经济全球化的高速发展以及日益高涨的能源需求，都使得新能源领域的科研人员必须寻找性能优异的储能装置。锂离子电池具有使用寿命长(高的循环性能)、比能量高、体积小和无记忆效应等优点，目前已经成为综合性能最为优越的电池。新型储锂材料的开发和制备成为了全世界人们的研究重点。近年来，二维类石墨烯层状材料(过渡金属碳化物或碳氮化物、过渡金属硫化物)因其独特的层状结构、优异的物理化学性质，在储能领域引起了广泛研究，尤其是锂离子电池。金属有机骨架化合物(MOF)，是将金属离子或者金属团簇和有机配体通过自组装构成的一种晶体材料，它具有骨架结构多样性、孔隙率高、表面可进行修饰等特点，被气体分离、传感器、工业催化、能量存储等多种领域广泛研究和应用。MOF材料具有高度可调控性，改变中心原子或有机配体均能实现对MOF结构的调控。因此，结合二维层状材料和MOF材料的优点，制备新颖的具有层状结构的MOF材料，并提高MOF衍生的金属氧化物的导电性，将极大地发挥材料的电化学性能和储锂性能。

发明内容

本发明的目的是为了结合二维层状材料和MOF衍生材料的优点，同时解决了二维材料不稳定、易堆叠的问题和MOF材料导电性较差的问题，而提供了一种合成工艺简单、重复性高、具有超高导电性的MOF衍生的二氧化锰/四氧化三锰的层状复合物的方法。

具体地，本发明提供一种MOF衍生的二氧化锰/四氧化三锰的层状复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

S1、以金属锰源和2,5-二羟基对苯二甲酸作为前驱体，金属锰源和2,5-二羟基对苯二甲酸的摩尔比为3:1,将金属锰源和2,5-二羟基对苯二甲酸溶解到N，N-二甲基甲酰胺-乙醇-水的混合溶剂中，磁力搅拌10～30分钟，获得混合溶液A，其中N，N-二甲基甲酰胺、乙醇以及水的体积比为15：1：1；

S2、将步骤S1得到的混合溶液A倒入聚四氟乙烯内衬中，安装不锈钢反应釜，密封；

S3、将安装好的不锈钢反应釜置于坩锅炉中，在120-135℃加热15～24小时，加热结束后，待反应釜自然冷却至室温，取出产物B；

S4、将得到的产物B依次用无水乙醇和蒸馏水离心洗涤，共洗涤3～6次，过滤，真空干燥箱中50℃～70℃下真空干燥12～24小时，得到混合物C；

S5、将上述得到的混合物C在惰性气体氮气氛围中，在600～800℃下，继续加热2～4小时，以获得具有优异电化学性能的MOF衍生的MnO₂/Mn₃O₄层状复合材料。

优选地，步骤S1中的金属锰源为四水合氯化锰或硫酸锰中的任意一种。

优选地，步骤S1中金属锰源为16～17.8毫克，2,5-二羟基对苯二甲酸为59.4毫克，步骤S2中的聚四氟乙烯内衬的容积为75ml。

优选地，步骤S3中将安装好的不锈钢反应釜置于坩锅炉中，在135℃加热15～24小时。