[发明专利]一种金属有机框架材料及其制备和其在电极材料中的应用

说明书

一种金属有机框架材料及其制备和其在电极材料中的应用。本发明属于锂硫电池正极材料领域。本发明的目的是为了解决目前现有应用于锂硫电池中的金属有机框架材料电荷转移能力较弱、比容量不高以及循环稳定性差的技术问题。本发明的金属有机框架材料为MOF‑ET8，化学式为[Zr₂(L)₃]，其中L为有机配体C₂₂H₂₀N₂O₆。本发明的金属有机框架材料用于制备应用于锂硫电池的电极材料。

技术领域

本发明属于锂硫电池正极材料领域，具体涉及一种金属有机框架材料及其制备和其在电极材料中的应用。

背景技术

近年来，传统燃油汽车正在被新能源汽车一步一步的“替代”。而作为新能源汽车的动力来源，电池性能的好坏直接关系到汽车行驶的里程长短和续航能力，也是决定新能源汽车在未来能否够取代传统燃油车的关键。但是目前被广泛应用于新能源汽车的三元锂电池，其能量密度已经接近理论极限，磷酸铁锂电池体系续航能力又比较差，所以迫切需要新的电池体系。作为新一代电池技术的重要组成部分，锂硫电池能量密度更高，续航能力更强，资源更丰富，受到了科研界及产业界的广泛关注。

锂硫电池利用硫元素作为电池的正极，金属锂作为电池的负极，是有效实现电能和化学能互相转化的一类电池体系。利用硫作为正极材料的锂硫电池重量轻，可提高电池整体的能量密度；另外单质硫储量丰富，对环境友好，能实现大规模生产，因此锂硫电池被认为是新能源汽车电池中的最有竞争力的候选者。但目前锂硫电池仍面临一些尚未解决的问题，例如容量的利用率较低、存在穿梭效应。因此，聚焦解决锂硫电池多硫化物的穿梭效应、提高容量的利用率是该研究领域面临的重要课题。

金属有机框架材料（Metal Organic Frameworks，MOFs）是由金属离子和有机配体高度有序地连接而成的多孔材料，在气体储存、生物医学、催化等领域具有广泛的应用前景。其孔径可调性、化学活性位点可设计以及高孔隙率的特性使其在限制多硫化物的穿梭方面具有极大的潜力。然而现有应用于锂硫电池中的金属有机框架材料（Metal OrganicFrameworks，MOFs）仍存在电荷转移能力较弱、比容量不高以及循环稳定性差等技术问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前现有应用于锂硫电池中的金属有机框架材料电荷转移能力较弱、比容量不高以及循环稳定性差的技术问题，而提供了一种金属有机框架材料及其制备和其在电极材料中的应用。

本发明的目的之一在于提供一种金属有机框架材料，该金属有机框架材料为MOF-ET8，化学式为[Zr₂(L)₃]，其中L为有机配体C₂₂H₂₀N₂O₆。

进一步限定，有机配体的结构为：。

本发明的目的之二在于提供一种有机配体的制备方法，该制备方法按以下步骤进行：

S1：在-78℃下，向正己烷中依次加入正丁基锂、1,5-二溴-2,4-二甲氧基苯、四氢呋喃，加热至0℃，并在0℃下搅拌12h，再冷却至-78℃，加入硼酸三甲酯，加热至25℃，并在25℃下搅拌18h，再加入盐酸，在25℃下搅拌0.5h，洗涤、干燥，得到中间体1；

S2：依次向水/二氧六环的混合溶液中加入中间体1、2-氨基-4-溴苯甲酸甲酯、氟化铯、二氯化钯，在氩气保护下加热搅拌回流24h，冷却至25℃，加入二氯甲烷静置分层，洗涤、干燥，有机相旋干，最后以二氯甲烷/乙酸乙酯为洗脱剂进行硅胶柱层析，得到中间体2；

S3：将中间体2、四氢呋喃、甲醇和氢氧化钠溶液混合，加热回流搅拌24h，冷却至25℃后将有机相旋干，然后将pH值调节至5，离心后水洗沉淀，最后真空干燥，得到有机配体。