[发明专利]一种超小金属有机框架纳米晶及制备方法和应用

摘要

本发明属于材料制备领域，具体为一种超小金属有机框架纳米晶及制备方法和应用。本发明步骤为：先在氧化石墨烯片层上均匀生长大尺寸金属有机框架材料，然后将聚合物通过原位聚合对金属有机框架材料进行包裹，在空气中煅烧，通过热辅助的粉化作用得到超小尺寸金属有机框架材料纳米晶。本发明优点：制备方法简单，原料廉价易得，制备过程能耗低，制备的金属有机框架材料纳米晶尺寸均一（~5 nm）。该材料可以直接应用于锂离子电池负极材料时，活性物质利用率高，基于整个电极的比容量大（1301 mAh g‑1），循环寿命长（1000圈后容量保持率有98.6%），有望成为下一代锂离子电池材料。

主权项

1.一种超小金属有机框架纳米晶的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）制备氧化石墨烯前驱体：采用改进Hummers法制备，即取1~3g 325目石墨粉，加入1~2g的硝酸钠粉末和40~120 ml浓硫酸，在冷水浴下缓慢加入3~9 g高锰酸钾，在30~40℃水浴中搅拌0.5 h，随后加入50~100 ml水，继续反应10~30 min，再加入200~400 ml的水，反应 5~20 min，然后加入10~30 ml 3%过氧化氢至溶液变为金黄色；将溶液静置沉降后倾析除去上层清液，加入质量浓度10%的盐酸，分装入离心管中高速离心弃去上层清液，高速离心转速10000~12000 r/min，随后用去离子水洗至中性，将水洗后产物收集，加入去离子水超声分散，低速离心取上清液即得到氧化石墨烯（GO）水溶液，低速离心转速2000~5000 r/min；（2）制备氧化石墨烯/金属有机框架/高分子的复合物：首先配置氯化钴和铁氰化钠溶液；将氯化钴溶液加入0.4~2 mg/mL氧化石墨烯水溶液中，搅拌超声；将铁氰化钠溶液加入上述溶液，搅拌1h，可得到氧化石墨烯/金属有机框架复合物；然后依次加入过硫酸铵和吡咯单体，继续搅拌8~12小时，离心、洗涤即可得到氧化石墨烯/金属有机框架/高分子的复合物；经过冷冻干燥，得到复合物气凝胶；（3）制备超小金属有机框架纳米晶将步骤（2）所得的复合物气凝胶在空气气氛中煅烧，即得到碳包覆的超小金属有机框架纳米晶的气凝胶。