导电金属有机骨架材料及其制备方法和应用、锗空气电池阳极、锗空气电池技术

本发明专利技术提供一种导电金属有机骨架材料及其制备方法和应用、锗空气电池阳极、锗空气电池。其中，导电金属有机骨架材料的制备包括：将2,3,6,7,10,11

【技术实现步骤摘要】
导电金属有机骨架材料及其制备方法和应用、锗空气电池阳极、锗空气电池


[0001]本专利技术涉及材料
，尤其涉及一种导电金属有机骨架材料及其制备方法和应用、锗空气电池阳极、锗空气电池。

技术介绍

[0002]对比锗空气电池和其他空气电池，锗空气电池有其特有的优势。锗空气电池具有更好的放电动力学，从而导致更高的实际功率密度和实际比能量密度，其功率密度几乎是RTIL基硅空气电池的3倍，是碱性硅空气电池的100倍左右，其实际能量密度分别是商用锌空气电池和铝空气电池的两倍和三倍(Phys.Chem.Chem.Phys.,2014,16:22487—22494；ChemElectroChem,2016,3:242—246)。在碱性条件下，锗阳极表面不可避免地会发生钝化反应，而钝化会使得剩余阳极不可使用。因此对锗阳极加工处理从而减少表面钝化是个可以提升电池性能的可行方案。
[0003]金属有机骨架(Metal
‑
organic frameworks,以下简称：MOFs)是一类晶体多孔材料，由金属簇节点和有机配体组成，其具有高孔隙率、高比表面积、孔结构可调控等结构优势。然而，大多数MOFs材料由于其自身的绝缘特性，在很大程度上限制了它们在电化学方向上的应用。
[0004]因此，如何将金属有机骨架材料应用在锗空气电池阳极上，以减少锗阳极表面钝化，成为当下需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种导电金属有机骨架材料及其制备方法和应用、锗空气电池阳极、锗空气电池。
[0006]一种导电金属有机骨架材料的制备方法，包括：
[0007]将2,3,6,7,10,11
‑
六氨基三苯六盐酸盐分散于水溶液中，得到溶液I；
[0008]将六水氯化镍分散于水溶液中，得到溶液II；
[0009]将所述溶液I与溶液II混合进行反应；
[0010]反应完全后，在混合溶液中滴加氨水继续反应，最终制得所述导电金属有机骨架材料。
[0011]进一步地，如上所述的导电金属有机骨架材料的制备方法，所述溶液I与溶液II的体积比为1:1。
[0012]进一步地，如上所述的导电金属有机骨架材料的制备方法，所述溶液I的浓度为1.5
×
10
‑3M
‑
7.5
×
10
‑3M，所述溶液II的浓度为1.0
×
10
‑3M
‑
5.0
×
10
‑3M，该两种水溶液的浓度比为1.4～1.6:1。
[0013]进一步地，如上所述的导电金属有机骨架材料的制备方法，所述溶液I与溶液II的反应条件为55
‑
70℃下反应20
‑
40min。
[0014]进一步地，如上所述的导电金属有机骨架材料的制备方法，所述的氨水浓度为14M，与混合溶液的体积比为200：1
‑
3。
[0015]如上任一所述方法制备得到的导电金属有机骨架材料。
[0016]如上所述的导电金属有机骨架材料在制备锗空气电池阳极的应用。
[0017]如上所述的应用，包括：
[0018]将薄膜状所述导电金属有机骨架材料采用挂膜法附着到锗片表面，以形成锗片与导电金属有机骨架材料构成的复合材料；
[0019]将所得的复合材料自然晾干12h后，将其浸泡在无水乙醇中24h，最后烘干，以烘干后的所述复合材料作为锗空气电池阳极的原材料。
[0020]如上所述的方法制备得到的锗空气电池阳极。
[0021]如上所述的锗空气电池阳极以及凝胶电解质、空气阴极制备得到的锗空气电池。
[0022]有益效果：
[0023]1、由于大多数MOFs材料由于其自身的绝缘特性，在很大程度上限制了它们在电化学方向上的应用，而本专利技术制备的Ni2(HITP)3由堆叠的π
‑
共轭二维层组成，其中相邻配体堆积较近且具有合适的轨道重叠，通过这种非共价键相互作用可以形成电荷传递路径，从而提升了电池性能。
[0024]2、本专利技术采用挂膜法，将导电MOF材料Ni2(HITP)3薄膜与锗阳极复合在一起，由于Ni2(HITP)3具有直径约为1.5nm的一维圆柱形通道，OH
‑
可进入通道与阳极反应产生电荷并转移出来，而大分子无法进入该通道，从而使得薄膜将锗阳极与电解质隔开但不影响电荷传递，从而减少阳极表面的钝化以提升电池性能。
[0025]3、可以通过控制溶液浓度和反应时间来控制薄膜的厚度。
[0026]4、采用挂膜法转移薄膜，可以使薄膜均匀覆盖在锗片表面，且与锗片接触紧密不易脱落。
[0027]5、采用本专利技术提供的方法，工艺简单可靠，适合大规模工业化生产。
附图说明
[0028]图1(a)实施例1制备得到的Ni2(HITP)3@Ge复合材料平面电镜图，图1(b)实施例1制备得到的Ni2(HITP)3@Ge复合材料截面电镜图。
[0029]图2为实施例4制备的锗空气电池的结构示意图。
[0030]图3(a)为在电流密度为170μA/cm2时，复合型锗空气电池与空白锗空气电池放电时间对比图。
[0031]图3(b)为电流密度为225μA/cm2时，复合型锗空气电池与空白锗空气电池放电时间对比图。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其
他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]本专利技术提供一种Ni2(HITP)3@Ge复合材料的制备方法，包括：
[0034]1)将2,3,6,7,10,11
‑
六氨基三苯六盐酸盐(HATP
·
6HCl)和六水氯化镍(NiCl2·
6H2O)分别分散于水溶液中，体积比为1:1混合两种溶液进行反应，反应条件为55～70℃下反应20～40min；所述HATP
·
6HCl水溶液浓度为1.5
×
10
‑3M～7.5
×
10
‑3M，所述NiCl2·
6H2O水溶液浓度为1.0
×
10
‑3M～5.0
×
10
‑3M，该两种水溶液的浓度比为1.4～1.6:1。
[0035]2)将锗片放入无水乙醇中超声清洗，以去除其表面杂质；
[0036]3)向步骤1)所得的混合溶液中滴加氨水进行反应，反应条件为55～70℃下反应0.5～60min，后肉眼可见溶液表面形成一层薄膜；所述的氨水浓度为14M，与混合溶液的体积比为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于，包括：将2,3,6,7,10,11
‑
六氨基三苯六盐酸盐分散于水溶液中，得到溶液I；将六水氯化镍分散于水溶液中，得到溶液II；将所述溶液I与溶液II混合进行反应；反应完全后，在混合溶液中滴加氨水继续反应，最终制得所述导电金属有机骨架材料。2.根据权利要求1所述的导电金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于，所述溶液I与溶液II的体积比为1:1。3.根据权利要求1所述的导电金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于，所述溶液I的浓度为1.5
×
10
‑3M
‑
7.5
×
10
‑3M，所述溶液II的浓度为1.0
×
10
‑3M
‑
5.0
×
10
‑3M，该两种水溶液的浓度比为1.4～1.6:1。4.根据权利要求1所述的导电金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：于英健，张雨航，
申请(专利权)人：昆明学院，
类型：发明
国别省市：