[发明专利]一种MOFs衍生的多孔Mn3

说明书

本发明涉及一种MOFs衍生的多孔Mn₃O₄@碳纳米棒阵列及其制备方法和在锌离子电池电极材料中的应用。所述方法包括：首先将锰盐和含碳有机配体溶解在有机溶剂中，通过溶剂热法制备Mn‑MOFs纳米棒，然后在空气或惰性气体保护下在管式炉中高温煅烧形成。本发明制备的多孔Mn₃O₄@碳纳米棒阵列保持原有的多孔结构，高温处理得到的高结晶碳层提高了材料的导电性。将本发明制得的产物应用于水系锌离子电池，测试结果表明该电极材料表现出优异的锌离子存储性能，特别是生长在碳布基底上的Mn₃O₄@C纳米棒所表现出的锌离子存储最优异，其在电流密度为0.2A·g^‑1下，比容量高达396.2mAh·g^‑1。

技术领域

本发明涉及电化学及纳米材料技术领域，具体涉及一种MOFs衍生的多孔Mn₃O₄@ 碳纳米棒阵列及其制备方法和在锌离子电池电极材料中的应用。

背景技术

由于高比能量，锂离子电池在当前电池市场中被广泛使用。然而，地球上有限的锂储备使含锂材料变得昂贵，并且锂离子电池本身也经常发生安全事故。可再充电的水系锌离子电池(ZIBs)也具有优异的电荷储备，并且高安全性和低成本使得水系ZIBs具有广阔的前景。但是，水系ZIBs仍然面临一系列挑战。解决挑战的方法之一是选择合适的材料作为水系ZIBs的阴极。

金属有机框架(MOFs)是由金属离子或簇通过有机配体共价连接而成的多孔聚合材料，它同时展现出有机和无机材料的特点，具有高孔隙率、孔道可调控、结构多样性、富有功能性、制备简单等优点，这些独特的优点使其成为近年来研究的热点。

经过有关文献报道，锰基氧化物是很好的阴极材料，可以提供很高的电荷储备。但是材料本身在结构上的不稳定性使得材料性能衰减，这极大限制了材料的性能发挥。尽管目前有很多研究在努力提升材料的结构稳定性，但是研究所带来的进展极为缓慢。已经有大量的文献报道，通过一定厚度的碳包覆可以很好的提高材料的稳定性，但是在锌离子电池领域仍然没有很好的电池性能报道。所以仍需开发出一种新型电极材料，进一步提高水系锌离子电池的性能。

基于上述理由，提出本申请。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术中所指出的问题及现有技术存在的不足，提供了一种MOFs衍生的多孔Mn₃O₄@碳纳米棒阵列及其制备方法和在锌离子电池电极材料中的应用。

为了实现本发明的上述其中一个目的，发明人通过大量的实验研究，开发出了一种 MOFs衍生的多孔Mn₃O₄@碳纳米棒阵列的制备方法，是首先利用溶剂热法合成前驱体 Mn-MOFs纳米棒阵列，再进行高温煅烧形成多孔Mn₃O₄@C纳米棒阵列。

具体地，上述所述方法具体包含如下步骤：

(1)前驱体Mn-MOFs纳米棒阵列的制备：按配比依次将有机配体、二价锰盐、溶剂1、溶剂2混合均匀，然后将基底材料浸入所得混合溶液中，再转移至高压釜中，密封后升温至100～200℃恒温反应10～30h，反应结束后，将基底材料取出，用DMF和无水乙醇交替洗涤数次，最后干燥，获得所述的前驱体Mn-MOFs纳米棒阵列；

(2)高温煅烧：将步骤(1)所述前驱体Mn-MOFs纳米棒阵列前驱体置于管式炉中，低速升温至200～700℃恒温煅烧1～4h，煅烧结束后，冷却至室温，获得所述多孔Mn₃O₄@C纳米棒阵列。

进一步地，上述技术方案，步骤(1)中所述有机配体为2-氨基对苯二甲酸、2,5- 二羟基对苯二甲酸、2-羟基1,4-对苯二甲酸和2,2-二羟基联苯二甲酸等中的任一种。