[发明专利]具有硫纳米结构的蛋黄和碳化的金属有机骨架壳的多孔材料及其用途

权利要求书

1.一种具有蛋黄-壳型结构的多孔材料，所述多孔材料包含位于多孔碳化金属有机骨架(MOF)壳的中空空间内的硫基材料，其中多孔碳化MOF壳掺杂有氮。

2.根据权利要求1所述的多孔材料，其中多孔壳包含2重量％至40重量％的元素氮(N)、25重量％至35重量％的N、或27重量％至32重量％的N，其余为元素碳。

3.根据权利要求1所述的多孔材料，其中MOF是沸石咪唑酯骨架(ZIF)。

4.根据权利要求3所述的多孔材料，其中ZIF为：

ZIF-1至ZIF-100，优选ZIF-8；或

杂化ZIF，优选ZIF7-8、ZIF8-90、ZIF7-90。

5.根据权利要求1所述的多孔材料，其中碳壳是基本上无缺陷的。

6.根据权利要求1所述的多孔材料，其中所述中空空间允许硫基纳米结构的体积膨胀而不会使多孔碳化壳变形，优选体积膨胀至少为50％。

7.根据权利要求1所述的多孔材料，其中硫基材料是元素硫或硫化锂。

8.一种制备具有蛋黄-壳结构的多孔材料的方法，该方法包括：

(a)在适于产生包含ZnO核和有机骨架壳的金属有机骨架(MOF)材料的条件下，将有机骨架前体与包含氧化锌(ZnO)的悬浮液合并，其中所述有机骨架壳包含ZnO核；

(b)在足以碳化所述有机骨架壳的条件下热处理MOF材料，以制备包含ZnO核和多孔碳化壳的核-壳材料；

(c)使步骤(b)的ZnO核-多孔碳化壳材料经历足以除去ZnO并形成中空多孔碳化壳材料的条件；和

(d)在碳化壳的中空空间内掺入硫基材料，以形成具有位于多孔碳化壳的中空空间内的硫基纳米结构的蛋黄-壳结构。

9.根据权利要求8所述的方法，其中ZnO悬浮液包含氧化锌(ZnO)、醇和水。

10.根据权利要求8所述的方法，其中步骤(a)的条件包括搅拌悬浮液持续足以使有机骨架前体在ZnO周围自组装的时间。

11.根据权利要求8所述的方法，其中热处理包括在惰性气氛下加热到550℃至1100℃的温度以碳化MOF的壳并形成多孔碳化壳。

12.根据权利要求8所述的方法，其中步骤(c)的条件包括使ZnO核-多孔碳化壳材料与无机酸，优选HCl接触。

13.根据权利要求8所述的方法，其中步骤(d)的掺入包括在适合于将硫基材料扩散到碳化壳材料的中空空间中的条件下，使中空碳化壳材料与硫基材料接触。

14.根据权利要求8所述的方法，其中所述有机骨架前体是双配位基羧酸盐/酯、三配位基羧酸盐/酯、氨基取代的芳香族二羧酸、氨基取代的芳香族三羧酸、叠氮基取代的芳香族二羧酸、叠氮基取代的芳香族三羧酸、三唑、经取代的三唑、咪唑、经取代的咪唑或其混合物，优选2-甲基咪唑。

15.根据权利要求8所述的方法，其中所述多孔碳化壳是无缺陷的。

16.根据权利要求8所述的方法，其中所述硫基材料是元素硫或硫化锂。

17.一种储能装置，其包含权利要求1所述的具有蛋黄-壳型结构的多孔材料。

18.根据权利要求17所述的储能装置，其中所述储能装置是可再充电电池，优选地是锂硫电池。