[发明专利]基于吩噁嗪的二维共价有机框架材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种基于吩噁嗪的二维共价有机框架材料及其制备方法与应用。所述基于吩噁嗪的二维共价有机框架材料具有如式(I)、式(Ⅱ)或式(Ⅲ)中任一者所示的结构：本发明制备的基于吩噁嗪的二维共价有机框架材料具有高的结晶性和比表面积，孔径分布均一并且热稳定性较好，同时所述基于吩噁嗪的二维共价有机框架材料具有较高的氧化还原电势(～3.5V vs.Li/Li⁺)和快速的氧化还原动力学，因此，本发明制备的基于吩噁嗪的二维共价有机框架材料可应用于锂离子电池正极材料，同时在功能性有机材料领域中有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于有机功能材料领域，具体涉及一种基于吩噁嗪的二维共价有机框架材料及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池作为一种可充放二次电池，因其具有较高的能量及功率密、较长的使用寿命等优点，自开发以来成功地应用于各类储能领域。正极材料是制约电池能量密度提升的重要因素。与传统的正极材料(过渡金属氧化物)相比，有机正极材料(包含羰基化合物、导电聚合物、自由基化合物等)由于具有原料易得、结构多样、环境友好等特点已被广泛应用于锂离子电池正极材料。然而，现有的有机材料因为导电性差、氧化还原电势低，并且在有机电解液中溶解等缺点从而限制了其应用。

共价有机框架(covalent organic framework，COF)材料是2005年发现的一类新兴的晶体有机多孔材料，在气体吸附、催化、能量存储等领域已被广泛应用。二维COF材料因为具有比表面积高、孔径均一可调、在电解液中不溶解等特点而在电极材料上有着广泛的应用前景。因此，预先设计氧化还原活性的有机小分子，并将其嵌入COF骨架中制备氧化还原活性COF，以此作为电极材料可有效解决上述有机材料存在问题。迄今为止，已探索出许多具有不同氧化还原活性基团的COFs作为电极材料。但是，目前大多数直接应用于电极材料的COFs粉晶，由于其低导电性而表现出较差的循环稳定性、相当低的活性位点利用率和缓慢的氧化还原动力学，需要开发复杂的策略(如引入导电性客体)来克服此问题。此外，已知COF的氧化还原电势很少超过3V vs.Li/Li⁺，从而形成低压电池，大大限制其应用。因此，开发新型高氧化还原电势的COF具有重要意义并极具挑战。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于吩噁嗪的二维共价有机框架材料及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种基于吩噁嗪的二维共价有机框架材料，所述基于吩噁嗪的二维共价有机框架材料如式(I)、式(Ⅱ)或式(Ⅲ)中任一者所示的结构：

本发明实施例还提供了一种基于吩噁嗪的二维共价有机框架材料的制备方法，其包括：

在保护性气氛下，使包含10-甲基吩噁嗪-2,7-二胺、芳基醛类物质、醋酸水溶液和溶剂的均匀混合反应体系于100～150℃反应3～7天，制得基于吩噁嗪的二维共价有机框架材料。

本发明实施例还提供了前述方法制备的基于吩噁嗪的二维共价有机框架材料。

本发明实施例还提供了前述的基于吩噁嗪的二维共价有机框架材料于锂离子电池正极中的用途。

本发明实施例还提供了一种锂离子电池正极，其至少包含前述的基于吩噁嗪的二维共价有机框架材料。

本发明实施例还提供了一种锂离子电池，包括正极、负极及电解液，所述正极包括前述的锂离子电池正极。

本发明实施例还提供了一种锂离子电池的制备方法，其包括：

将前述的基于吩噁嗪的二维共价有机框架材料、导电剂以及粘结剂混合均匀，之后将所获混合物施加于导电集流体上，形成电池正极，然后与负极、电解液组装成锂离子电池。