[发明专利]一种钴基金属有机骨架Co-MOF材料的制备方法及应用

说明书

本发明提供一种钴基金属有机骨架Co‑MOF材料的制备方法及应用，所述Co‑MOF材料的制备方法为：常温下将配体4’‑苯基‑[2,2’:6’,2”‑三联吡啶]‑4,4”‑二羧酸和六水硝酸钴分别溶解在水中；向混合水溶液中加入0.5mL硝酸，以及1‑3mL的二甲基亚砜和3‑6mL的N,N‑二甲基甲酰胺进行混合，并将混合溶液放入反应釜内衬中进行超声处理15～45min；将反应釜放入鼓风干燥箱在温度为120～140℃的条件下进行加热反应；冷却至室温后，对反应釜中的反应液进行过滤，得到紫红色条状Co‑MOF晶体。本发明的Co‑MOF材料具有合成方法简单，产量和纯度高，以及组成和结构明确的特点，且Co‑MOF材料首次直接应用于锂电池电极材料领域，且电化学性能良好，具有高放电容量和库伦效率。

技术领域

本发明属于电池电极材料的制备技术领域，尤其涉及一种钴基金属有机骨架Co-MOF材料的制备方法及应用。

背景技术

锂离子电池(LIBs)因其具有环境友好、高能量密度及较低成本等优势成为了重要的储能器件，被广泛地应用于方方面面。近些年来锂离子电池的发展却逐步放缓，对电动交通工具的推广及其他能源产业的进步产生了严重的阻碍。常用的锂电池负极材料有石墨和无定形等碳类材料和锡基、硅基等非碳类材料两大类。但是碳类材料虽然具有较好的导电性，但是其倍率性能较差，而非碳类材料具有比容量低，循环性能差等缺点，已无法满足当今电动设施的发展需求。锂离子电池若想实现迅速发展，就要在保证电池安全性的前提下，探索可逆容量更高和稳定性更出色的负极材料。

金属有机骨架化合物(MOFs)是由金属节点和有机配体通过配位键自组装而成的具有一维，二维，或三维结构的晶体材料。通过选择不同的金属离子或有机配体可实现所合成配合物结构和性质的调控。因此，MOFs除了具有结构可设计性强等优点，还有比表面积大、孔隙率高等显著的特点，而这些性质使MOFs在电极材料方面具有可观的潜在应用价值。一般而言，多孔结构的设计有以下的优势：(1)暴露更多的活性位点，容量升高；(2)孔隙结构提高了离子迁移率和扩散系数，导致氧化还原反应动力学显著增强。

但是MOFs材料稳定性差的缺陷却阻碍了其进一步的开发应用.

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种钴基金属有机骨架Co-MOF材料的制备方法及应用，本发明选用4’-苯基-[2,2’:6’,2”-三联吡啶]-4,4”-二羧酸为配体构筑Co-MOF，其作为锂电池电极材料表现出了较好的电池性能。

所述Co-MOF材料的制备方法为：

S1：常温下将配体4’-苯基-[2,2’:6’,2”-三联吡啶]-4,4”-二羧酸和六水硝酸钴分别溶解在水中；

S2：向混合水溶液中加入0.5mL硝酸，以及1-3mL的二甲基亚砜和3-6mL的N,N-二甲基甲酰胺进行混合，并将混合溶液放入反应釜内衬中进行超声处理15～45min；

S3：将反应釜放入鼓风干燥箱在温度为120～140℃的条件下进行加热反应；

S4：冷却至室温后，对反应釜中的反应液进行过滤，得到紫红色条状Co-MOF晶体。

优选的，所述的Co-MOF材料应用为电极材料的预处理过程包括以下步骤：

s1：交换溶剂：将上述得到的Co-MOF晶体浸泡在丙酮溶液中72h进行溶剂交换；

s2：真空干燥：将丙酮溶剂通过倾析法倒出，并放入真空干燥箱中干燥12h。

优选的，所述的Co-MOF材料可直接用作锂电池的负极材料。