一种ZIF-8/硅复合纳米柱阵列电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种ZIF-8/硅复合纳米柱阵列电极及其制备方法。采用甲醇作为溶剂，二水合乙酸锌作为锌源，2-甲基咪唑作为有机配体，硅纳米柱阵列作为负载载体，通过简易的溶液生长的方式制备了三维ZIF-8/硅复合电极。所得电极作为锂离子电池的阳极经过充放电循环之后容量可达到0.5mAh/cm-2。该复合电极制备方法简单，将沸石咪唑酯骨架ZIF-8良好的锂离子传导率与三维结构的硅纳米柱阵列相结合，可以提高电极的容量，并且制备方法和现有的硅工艺相兼容，此复合结构也有望在其他能源器件(如燃料电池、微机电系统的电源供应)等领域应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种三维沸石咪唑酯骨架(ZIF-8)/硅复合纳米柱阵列电极结构的制备，通过表面改性和提供更多串联的锂离子通道，提高其作为锂离子电池阳极的容量，也有望在其他能源器件(如燃料电池等)发挥作用。
技术介绍
能源问题是当前全球关注的热点问题之一，锂离子电池由于其具有高的能量/功率密度和较长的使用寿命被认为是解决能源短缺问题的最有希望的绿色技术之一。与此同时，微机电系统的快速发展对于供电系统的要求也越来越严苛，电池的微型化问题在一定程度上制约了器件尺寸的减小，所以开发一种具有良好的充放电循环性能和较好地集成兼容性的微型锂离子电池成为了现在的研究热点。从电池的工艺和器件的集成角度考虑，硅基材料进入了我们的视野。硅基材料是微机电系统和集成电路的主要材料，并且加工工艺十分成熟。另外，硅材料本身在电化学性能方面也有其独特的优势，它的工作电势比较低(<0.5Vvs.Li/Li+)，理论嵌锂容量是已知最高的(4200mAhg-1-Li4.4Si，比目前商用的石墨(372mAhg-1)要高近10倍)。但在反复的充放电过程中，硅的体积膨胀高达约4倍，往往会造成电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维ZIF‑8/硅复合纳米柱阵列电极结构，其特征在于，ZIF‑8在硅纳米柱表面形成覆盖层，并且在硅纳米柱之间形成串联的晶粒，晶粒的大小在100～200nm。

【技术特征摘要】
1.一种三维ZIF-8/硅复合纳米柱阵列电极结构，其特征在于，ZIF-8在硅纳米柱表面形成
覆盖层，并且在硅纳米柱之间形成串联的晶粒，晶粒的大小在100～200nm。
2.如权利要求1所述的一种三维ZIF-8/硅复合纳米柱阵列电极结构，其特征在于，硅纳
米柱直径在20～200nm之间，高度在200nm～5μm之间。
3.如权利要求1所述的一种三维ZIF-8/硅复合纳米柱阵列电极结构，其特征在于，所述
的硅纳米柱为表面有粗糙度的硅纳米柱。
4.一种三维ZIF-8/硅复合纳米柱阵列电极结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将有机配体置于烧杯中，加入甲醇进行超声溶解；
2)将表面有硅纳米柱阵列的硅片放入上述溶液中；
3)将锌源置于另一烧杯中，加入甲醇进行超声溶解；
4)将溶解有锌源的甲醇溶液加入含有有机配体的烧杯中，并轻轻摇晃均匀；
5)将混合溶液放置一段时间，待反应完毕后将硅片取出，用甲醇清洗，烘干，可得
到三维ZIF-8/硅复合纳米柱阵列结构。
5.如权利要求4所述的一种三维ZIF-8/硅复合纳米柱阵列电极结构的制备方法，其特征
在于在步骤1)中，所述的有机配体为2-甲基咪唑，用甲醇溶解后的2-甲基咪唑溶液
的浓度为30～50mmol/L。
6.如权利要求4所述的一种三维ZIF-8...

【专利技术属性】
技术研发人员：李静，于英健，岳闯，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35