[发明专利]MOFs衍生的中空多面体Co3

说明书

本发明公开了一种MOFs衍生的中空多面体Co₃S₄，所述中空多面体Co₃S₄为ZIF‑67衍生的微‑介孔纳米中空多面体，中空多面体Co3S4尺寸为200nm～1000nm，壳层厚度为5nm～20nm。本发明还公开了一种MOFs衍生的中空多面体Co₃S₄的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，采用简单室温沉淀法合成ZIF‑67纳米多面体；步骤2，以步骤1得到的ZIF‑67纳米多面体作为模板和钴源加入硫代乙酰胺，之后采用溶剂热法反应制得前驱体；ZIF‑67纳米多面体和硫代乙酰胺的摩尔比为1：1～5；步骤3，将步骤2得到的前驱体放在惰性气氛中热处理，即得到中空多面体Co₃S₄。

技术领域

本发明属于硫锂电池技术领域，具体涉及一种MOFs衍生的中空多面体Co₃S₄，还涉及一种MOFs衍生的中空多面体Co₃S₄以及该MOFs衍生的中空多面体Co₃S₄的应用。

背景技术

金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)材料是由有机配体通过配位键与无机金属中心杂化形成的立体网络结构晶体。具有高比表面积(1000m²/g～10000m²/g)、孔道结构丰富且可调控、反应活性位点多、生物相容性等特性，在各个领域都有潜在的应用价值(Chemical Society Reviews,2017,46:3108-3133)。能源危机和环境污染已逐渐成为阻碍社会发展并影响人类生活的关键问题，电化学储能因其高能效和清洁而备受关注，锂硫电池因具有高达1675mAh/g的理论比容量和2600Wh/kg的能量密度以及环境友好和硫储量丰富等优点被广泛研究。然而，正极材料硫载量低以及多硫化锂溶解和迁移引起的“穿梭效应”问题严重阻碍了锂硫电池的发展，通常需要通过结构和材料设计来提高硫载量并抑制“穿梭效应”。

构建中空结构是提高硫载量和抑制“穿梭效应”的有效方法之一。近年来，金属有机骨架被用作一种理想的前驱体用来设计特殊结构过渡金属化合物。例如：公开号为CN111424429A的发明专利公开了一种金属硫化物多孔框架材料、其制备方法及应用，该方法首先在碳布表面生长过渡金属氧化物纳米阵列，并以此为基底原为生长MOFs材料，并通过硫化得到金属硫化物多孔、中空框架材料；公开号为CN111668503A的发明专利提供一种双金属硫化物锂空气电池正极材料及其制备方法与应用，先制备炭黑修饰的碳纸，然后利用共沉淀法在炭黑修饰的碳纸表面原位生长钴锌双金属MOFs纳米片阵列，最后以硫代乙酰胺为硫源通过低温水热法制备中空的锌钴双金属硫化物纳米片阵列。但是，两者均需要以碳布或碳纸为基体制备特殊结构的化合物，制备方法复杂、工艺成本高且无法获得高纯度的特殊结构过渡金属化合物。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种MOFs衍生的中空多面体Co₃S₄，以解决锂硫电池由于电极材料硫载量低以及多硫化锂溶解和迁移引起的“穿梭效应”问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种MOFs衍生的中空多面体Co₃S₄，所述中空多面体Co₃S₄为ZIF-67衍生的微-介孔纳米中空多面体。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述中空多面体Co₃S₄尺寸为200nm～1000nm，壳层厚度为5nm～20nm。

本发明的第二个目的是提供一种MOFs衍生的中空多面体Co₃S₄的方法，用以制备上述MOFs衍生的中空多面体Co₃S₄。