一种三维有序介孔MOF材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种三维有序介孔MOF材料的制备方法，包括以下步骤：步骤A，制备聚苯乙烯PS微球；步骤B，制备三维有序介孔zif8材料；B1，将适量六水合硝酸锌分散于甲醇中得到A溶液，将适量2‑甲基咪唑分散于甲醇中得到B溶液，将B溶液添加至A溶液中，同时，加入1‑2g步骤A中得到的PS微球，搅拌均匀，封口静止老化；B2，离心后依次采用甲醇、乙醇作为溶剂，分别洗涤三次；干燥固液后得到具有有序介孔结构的3Dzif8材料；步骤C，碳化3Dzif8材料；将步骤B2中3Dzif8材料置于管式炉下，在Ar/H

Preparation of three dimensional ordered mesoporous MOF materials

【技术实现步骤摘要】
一种三维有序介孔MOF材料的制备方法
本专利技术涉及材料化学
，涉及一种高比容量的锂离子电池负极材料的制备方法，特别涉及一种三维有序介孔MOF材料复合作为锂离子电池负极材料的方法。
技术介绍
锂离子电池是最新一代的蓄电池，现己在人们的生产生活中得到全面普及，在便携式电子移动设备及大型电能存储设备上均有广泛使用。和我们日常生活中见到的传统电池一样，均由正极、电解质、负极等部件组成。放电过程中，Li+从正极脱出经过电解液到达对电极，电子则通过外电路到达负极；充电过程Li+则向正极移动；整个循环过程中通过电解液中离子的传递以及外电路电子的传导构成循环电。其中，锂离子电池拥有下述几个优点：首先，锂离子电池具有非常高的能量密度，与其他的可充电电池相比，锂离子电池在能量供给方面的表现更为优秀，为电子储能设备小型化、便携化提供了可能；其次，比之传统的铅酸二次电池等，更加的绿色，符合当今社会的环保可持续理念；另外，使用方便、绿色环保以及性能优异等特点使得锂离子电池发展替代传统二次电池成为一种趋势且已逐步成为现实。对锂离子电池负极材料的研究与发展很大程度上影响着其最终能够实际转变商品化的程度。早在上个世纪80年代，碳材料就已经作为锂电池的负极而被大规模的投入使用了。目前得以产业化的碳材料负极主要拥有石墨化和无定形两种。但是，碳材料负极由于在充放电过程中形成了LiC6的夹层复合物导致其比容量偏低(仅有372mAh/g)，严重制约了其电池性能。此外，首次循环的不可逆容量较高、有机溶剂共嵌入等问题也成为了碳材料负极的短板，影响了其整体性能。优秀的锂电池负极材料必须满足下述几点：(1)每单位材料储锂量大，即组成元素的相对原子质量较小，且同时具有较好的循环稳定性；(2)与金属L电势尽可能接近；(3)在电解液当中不发生溶解而且也不会与其发生反应；(4)Li+和电子在材料中具有很高的传导能力；(5)廉价且无污染。同时满足上述条件难度颇高，电池研究的科研工作者们已尽可能地去发现和创造新型锂离子电池负极材料。石墨材料，是锂离子电池中使用最常用的负极材料。但是石墨材料做理论比容量较低，所以寻找新的负极材料迫在眉睫。金属有机框架材料，简称MOFs，由于其结构可控多变，形成的结构具有较多的孔道和较大的比表面积，因而拥有极好的与小分子进行反应的能力。近些年来，MOFs不仅仅在气体存储与分离、传感、催化以及药物传输等方面展现了其优越性和多样性，在电化学这一领域也开始被深入研究并逐渐崭露头角。而今，以MOFs为前驱体制备电极材料的文章屡见不鲜。但是直接应用MOFs为锂离子电池负极的材料的报道还不是很多。MOFs拥有较大的比表面积，有效地增加了与电解质的接触面积，同时可控的多孔结构也使得Li+更容易在电极材料中嵌入和脱出，提高了其电化学性能。对MOFs的研究有利于锂离子电池更好的发展，所以开发出拥有更高的可逆容量和更好的循环稳定性的金属有机框架材料拥有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种三维有序介孔MOF材料的制备方法，克服了现有技术制备的锂离子电池负极材料充放电比容量低，循环稳定性差，电极材料发生粉碎的缺陷。本专利技术是通过如下技术方案实现的：提供一种三维有序介孔MOF材料的制备方法，包括以下步骤：步骤A，制备聚苯乙烯PS微球；步骤B，制备三维有序介孔zif8材料；B1，将适量六水合硝酸锌分散于甲醇中得到A溶液，将适量2-甲基咪唑分散于甲醇中得到B溶液，将B溶液添加至A溶液中，同时，加入1-2g步骤A中得到的PS微球，搅拌均匀，封口静止老化；B2，离心后依次采用甲醇、乙醇作为溶剂，分别洗涤三次；干燥过夜后得到具有有序介孔结构的3Dzif8材料；步骤C，碳化3Dzif8材料；将步骤B2中3Dzif8置于管式炉下，在Ar/H2混合气下高温碳化，冷却至室温后得到CNT-3Dzif8。作为优选，在步骤C中，Ar与H2体积比为95：5。作为优选，在步骤C中，管式炉以1-2℃/min升温速度升温至600-700℃后保温1-2h。进一步的，在步骤A中，将10-20g苯乙烯和10-20g的聚乙烯吡咯烷酮，加入50-100ml的去离子水中，油浴搅拌后，离心、烘干，得到聚苯乙烯PS微球。所述的搅拌为磁力搅拌，转速为100～300r/min。所述的三维有序介孔MOF材料的制备方法得到CNT-3Dzif8材料用于锂电子电池负极材料。本专利技术的有益效果：本专利技术利用简单的试验方法和工艺步骤制备出三维有序介孔zif8材料，可以很好的吸附多硫化物，且有序的zif8中的Zn与ZnO颗粒会促进锂离子的传递，结合ZnS的高比容量，克服了现有技术制备的锂离子电池负极材料充放电比容量低，循环稳定性差，电极材料发生粉碎的缺陷。ZnO和Zn的得到是在管式炉中碳化得到的，在H2的气氛下，zif8中的Zn元素会形成Zn和ZnO金属颗粒，这些金属颗粒对多硫化物的固定与吸附有着积极的促进作用，进而对加速S的氧化还原动力学过程具有极大的促进作用。附图说明图1为采用实施例1所制得的3Dzif8作为锂离子电池负极材料时的循环曲线；图2为采用实施例1所制得的3Dzif8作为锂离子电池负极材料时的倍率曲线；图3为采用实施例2所制得的3Dzif8作为锂离子电池负极材料的循环曲线。图4为采用实施例2所制得的3Dzif8扫描图。具体实施方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。实施例1步骤A：制备聚苯乙烯PS微球；将10g苯乙烯和10g的聚乙烯吡咯烷酮加入50ml的去离子水中，搅拌2小时，随后圆底烧瓶中油浴搅拌2小时，油浴温度为70℃，磁力搅拌12小时。随后以800rad/min的转速离心3次，60℃烘干后，就得到了聚苯乙烯PS球。步骤B：制备3D有序介孔ZIF8材料B1，A液：5mmol六水合硝酸锌，分散于125ml甲醇，B液：20mmol2-甲基咪唑，分散于125ml甲醇；将B液倒入A液，同时，将步骤A中的PS球1g加入其中，磁力搅拌3分钟至均匀，封口静止老化24h。B2，离心后依次采用甲醇、乙醇作为溶剂，分别洗涤三次；60℃干燥固液后得到具有有序介孔结构的3Dzif8材料。步骤C，碳化3D有序zif8材料，制得3维有序的ZnS材料(3Dzif8)：将1g步骤B中的3Dzif8材料置于管式炉中进行碳化，管式炉升温速率为2℃/min，升到500℃，保温2h，全程Ar保护，流速为200mL/min，保温结束后，自然冷却到室温，即得到了3Dzif8材料，作为锂离子材料负极材料。以制得的3Dzif8材料为活性材料，碳粉为导电剂，聚偏氟乙烯(PVDF)为粘合剂，并按3Dzif8:C:聚偏氟乙烯＝8:1:1的重量比置入研钵中混合、研磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维有序介孔MOF材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤A，制备聚苯乙烯PS微球；/n步骤B，制备3D有序介孔zif8材料；/nB1，将适量六水合硝酸锌分散于甲醇中得到A溶液，将适量2-甲基咪唑分散于甲醇中得到B溶液，将B溶液添加至A溶液中，同时，加入1-2g步骤A中得到的PS微球，搅拌均匀，封口静止老化；/nB2，离心后依次采用甲醇、乙醇作为溶剂，分别洗涤三次；干燥过夜后得到三维有序介孔zif8材料；/n步骤C，碳化3Dzif8材料；/n将步骤B2中3Dzif8置于管式炉下，在Ar/H

【技术特征摘要】
1.一种三维有序介孔MOF材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤A，制备聚苯乙烯PS微球；
步骤B，制备3D有序介孔zif8材料；
B1，将适量六水合硝酸锌分散于甲醇中得到A溶液，将适量2-甲基咪唑分散于甲醇中得到B溶液，将B溶液添加至A溶液中，同时，加入1-2g步骤A中得到的PS微球，搅拌均匀，封口静止老化；
B2，离心后依次采用甲醇、乙醇作为溶剂，分别洗涤三次；干燥过夜后得到三维有序介孔zif8材料；
步骤C，碳化3Dzif8材料；
将步骤B2中3Dzif8置于管式炉下，在Ar/H2混合气下高温碳化，冷却至室温后得到CNT-3Dzif8。


2.根据权利要求1所述的三维有序介孔MOF材料的制备方法，其特征在于：在步骤C中，Ar与H2体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永光，张俊凡，
申请(专利权)人：肇庆市华师大光电产业研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44