一种氧化石墨烯/金属有机框架复合材料及其制备方法和应用技术

阅读:64 留言:0更新日期:2017-07-10 06:26
本发明专利技术提供一种氧化石墨烯/金属有机框架复合材料,由氧化石墨烯、乙酸钴四水合物和2,5‑二羟基对苯二甲酸按一定比例混合后,经溶剂热法反应制备而得。其制备方法包括:(1)将氧化石墨烯在溶剂中分散得到氧化石墨烯溶液;(2)将乙酸钴四水合物和2,5‑二羟基对苯二甲酸加入到去离子水中形成混合液;(3)将所得混合液和所得氧化石墨烯溶液混合后放入反应釜;(4)在烘箱中恒温加热后,将产物取出,洗涤,干燥后,制得。本发明专利技术作为锂离子电池负极材料的应用,经电化学性能测试,当电流密度为100 mA g

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯/金属有机框架复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及无机材料制备工艺
,具体涉及一种氧化石墨烯/金属有机框架复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池是一种新型储能电池,存在比容量大、循环寿命长、工作电压高、工作温度范围广、对环境污染小、无公害、自放电率低等明显优势。锂离子电池在日常生活和生产中的应用越来越广泛,较多应用于移动电话、相机、手提电脑等数码产品及电动汽车、航天、航空等领域。目前在锂离子电池中,商业化的负极材料是石墨。金属有机框架化合物(Metal-OrganicFrameworks,MOFs)是通过配位作用将有机配体和金属离子自组装起来,从而构筑出的具有周期性网状结构的材料。MOFs由有机配体和金属离子组成,可以充分利用配体及金属配位的多样性,使其结构具有高度的可调控性;作为孔洞材料,具有高的比表面积、多样性的孔洞结构、尺寸,使其具有多功能化;合成方法比较简单,成本低。MOFs已在气体储存、选择性分离、催化、传感和电化学应用等领域表现出巨大潜力。但大多数MOFs本身导电性较差、机械强度较差,从而限制了其大规模的实际应用。在新型MOFs材料设计方面,为了提高MOFs材料的电化学性能和机械性能,构建基于MOF的复合材料引起了研究人员的广泛关注。其中,氧化石墨烯因其强度高、柔韧性强、电化学性能良好等优点,成为了研究的热点。有报道指出MIL-101(Cr)/GO作为锂离子电池负极材料时,相对于MIL-101(Cr),通过掺杂氧化石墨烯大大提高了电化学性能。但MIL-101(Cr)/GO在50mAg-1的电流密度下,第二次放电比容量仅为107.2mAhg-1,比容量较低,仍达不到实际应用的需求[Inorg.Chem.Commun,2016,64:63-66]。将氧化石墨烯与钴基MOFs复合可以利用两者的协同作用进一步增强稳定性、改进电导率,应用于锂离子电池负极材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氧化石墨烯/金属有机框架复合材料及其制备方法和应用,提高电极材料的循环稳定性,延长其充放电寿命。为了实现上述专利技术目的,本专利技术采用的技术方案为:由氧化石墨烯、乙酸钴四水合物和2,5-二羟基对苯二甲酸按氧化石墨烯的质量为乙酸钴四水合物质量的5-10%,并且乙酸钴四水合物和2,5-二羟基对苯二甲酸的摩尔比为(1-1.5):1混合后,经溶剂热法反应制备而得。氧化石墨烯/金属有机框架复合材料的制备方法,包括以下步骤:(1)将氧化石墨烯加入到四氢呋喃和去离子水按体积比为(1-1.5):1混合所得的溶剂中,超声振荡20-40min,形成均匀分散的氧化石墨烯溶液;(2)室温下,将乙酸钴四水合物和2,5-二羟基对苯二甲酸按一定摩尔比为(1-1.5):1加入到10-20mL去离子水中,超声震荡,形成混合液;(3)将步骤(2)所得混合液和步骤(1)所得氧化石墨烯溶液中按一定比例混合,超声震荡10-15min,混合均匀后,放入反应釜,所述比例为氧化石墨烯的质量为乙酸钴四水合物质量的5-10%;(4)将反应釜放入烘箱,恒温加热到100-120℃,引发反应,反应36-96h后等反应体系缓慢冷却至室温,将产物取出后,用无水乙醇和去离子水反复多次洗涤,在80-100℃条件下干燥后,得到氧化石墨烯/金属有机框架复合材料。氧化石墨烯/金属有机框架复合材料作为锂离子电池负极材料的应用,经电化学测试检测可知,在电流密度为100mAg-1时,可逆比容量为520-600mAhg-1。本专利技术的氧化石墨烯/金属有机框架复合材料制成纽扣电池后进行电化学性能测试,步骤如下:(1)工作电极的制备将活性材料、导电碳(SuperP)和粘结剂聚偏氟乙烯按质量比为7:2:1的比例混合,然后加入聚吡咯烷酮(NMP)溶剂,搅拌混合均匀,得到浆料,采用刮刀将浆料均匀地涂布于铜箔上,将涂布均匀的铜箔搁置于真空烘箱中60℃下保温12h,得到烘干的负极电极片材料,将烘干的负极极片材料切割成直径为14mm的圆片,得到负极电极片,称重扣除空白铜箔之后得到负极极片上的氧化石墨烯/金属有机框架复合材料的质量,最后将负极电极片搁置于手套箱中以待备用;(2)电池的装配在充满氩气的手套箱中,以步骤(2)所得的负极极片为电池的负极,锂片为正极,隔膜采用的是Celgard2400,电解液为浓度1mol/L的LiPF6-EC+DEC+EMC(体积比为1:1:1)的混合溶液,组装成CR2016型纽扣电池,以备电化学测试;(3)电化学性能测试电化学性能测试均采用LAND测试系统,其型号为LandCT2001A型(武汉市金诺电子有限公司),测试过程温度恒定为25℃,其充放电截止电压为3.0-0.01V。在电流密度为100mAg-1时,氧化石墨烯/金属有机框架复合材料的可逆比容量为520-600mAhg-1,同时表现出良好的循环稳定性。本专利技术相对于现有技术,具有以下优点:1.本专利技术中利用氧化石墨烯表面羧基等含氧基团形成结合位点,通过两组分间大量的氢键作用和π-π堆积作用,使得氧化石墨烯与金属有机框架结合在一起,形成氧化石墨烯/金属有机框架复合材料,组分间的协同作用使得复合电极材料的电化学性能大大提高;2.利用氧化石墨烯提高复合电极材料的充放电循环寿命。金属有机框架材料经过40个循环后,比容量开始呈快速下降趋势,在充放电第100个循环时,比容量为492mAhg-1。相对而言,氧化石墨烯/金属有机框架复合材料的容量衰减比较缓慢,在100个充放电循环后,比容量保持在540mAhg-1,氧化石墨烯的加入提高了复合电极材料的充放电循环寿命;3.本专利技术所制备的氧化石墨烯/金属有机框架复合材料作为锂离子电池负极材料时,在电流密度为100mAg-1时,可逆比容量为520-600mAhg-1,同时表现出良好的循环稳定性。因此,本专利技术在锂离子电池领域具有广阔的应用前景。附图说明:图1为具体实施例制备的金属有机框架和含5%、10%氧化石墨烯的氧化石墨烯/金属有机框架复合材料的X射线衍射图;图2为具体实施例制备的的金属有机框架和含5%、10%氧化石墨烯的氧化石墨烯/金属有机框架复合材料的循环曲线;图3为具体实施例制备的的金属有机框架和含5%、10%氧化石墨烯的氧化石墨烯/金属有机框架复合材料的倍率性能曲线。具体实施方式本专利技术通过实施例,结合说明书附图对本
技术实现思路
作进一步详细说明,但不是对本专利技术的限制。实施例含5%氧化石墨烯的氧化石墨烯/金属有机框架复合材料MOF-74-THF-5GO的制备方法,具体操作步骤如下:步骤(1),称取12.454mg氧化石墨烯加入到四氢呋喃和去离子水的混合溶液(体积比为1:1,共20mL)中,超声振荡30min,形成均匀分散的氧化石墨烯溶液;步骤(2),称取0.24908g(0.001mol)的乙酸钴四水合物和0.19813g(0.001mol)的2,5-二羟基对苯二甲酸加入到10mL去离子水中,超声震荡,形成混合液;步骤(3),将步骤(3)所得的10mL混合液和步骤(2)所得的20mL氧化石墨烯溶液中混合,超声震荡10min,混合均匀后,放入反应釜,所述比例为氧化石墨烯的质量为乙酸钴四水合物质量的5%;步骤(4),将反应釜放入烘箱,恒温加热到120℃,引发反本文档来自技高网
...
一种氧化石墨烯/金属有机框架复合材料及其制备方法和应用

【技术保护点】
一种氧化石墨烯/金属有机框架复合材料,其特征在于:由氧化石墨烯、乙酸钴四水合物和2,5‑二羟基对苯二甲酸按一定比例混合后,经溶剂热法反应制备而得。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯/金属有机框架复合材料,其特征在于:由氧化石墨烯、乙酸钴四水合物和2,5-二羟基对苯二甲酸按一定比例混合后,经溶剂热法反应制备而得。2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/金属有机框架复合材料,其特征在于:所述比例为氧化石墨烯的质量为乙酸钴四水合物质量的5-10%,并且乙酸钴四水合物和2,5-二羟基对苯二甲酸的摩尔比为(1-1.5):1。3.根据权利要求1所述氧化石墨烯/金属有机框架复合材料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:(1)将氧化石墨烯加入到溶剂中分散,经超声振荡,形成均匀分散的氧化石墨烯溶液;(2)室温下,将乙酸钴四水合物和2,5-二羟基对苯二甲酸按一定摩尔比加入到去离子水中,超声震荡,形成混合液;(3)将步骤(2)所得混合液和步骤(1)所得氧化石墨烯溶液中按一定比例混合,超声震荡均匀后,放入反应釜;(4)将反应釜放入烘箱,恒温加热引发反应,随后等反应体系缓慢冷却至室温,将产物取出后,用无水乙醇和去离子水反复多次洗涤,干燥后,得到氧化石墨烯/金属有机框架复合材料。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙立贤罗玉梅徐芬
申请(专利权)人:桂林电子科技大学
类型:发明
编号:201710169134
国别省市:广西,45

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1