金屬有機框架(MOF)制備、改性及其在鋰硫電池中的應用.pdf

1、中圖分類號UDCTM91128碩士學位論文學校代碼lQ533金屬有機框架moF_)制備、改，I生及其在鋰硫電池中的應用SynthesisandModificationofMetalOrganicFrameworks(MOF)andTheirApplicationforLithiumSulfurBatteries作者姓名：學科專業(yè)：研究方向：學院(系、所)：指導教師：包維齋冶金工程化學電源冶金與環(huán)境學院張治安副教授論文答辯日期趣!：￡!!

2、l答辯委員會主席中南大學2014年05月金屬有機框架(MOF)制備、改性及其在鋰硫電池中的應用摘要：鋰硫電池是一種極具發(fā)展前景的高能量密度電池體系。比容量高和循環(huán)性能好的多孔骨架／硫復合電極材料是鋰硫電池的研究重點和熱點。探尋具有良好導電網絡、高比表面積、合適孔結構和大小的多孔骨架材料，提高硫正極的電化學活性、吸附性能和結構穩(wěn)定性，實現高載硫量與高利用率的協同，對于高能量密度鋰硫電池的發(fā)展具有重要理論基礎和學術價值。本文以金屬有機框架作

3、為多孔骨架研究對象，成功制備了兩種比表面積大，孔徑適合的多孔金屬有機框架Cr3F(H20)20(BDC)3“nH20(MIL101)和Zn40(BDC)3(MOF5)(BDC=對苯二甲酸)，通過原位包覆或碳化進行改性，制備了三種電化學性能優(yōu)異的復合多孔骨架；通過低溫液相和熔融熱處理，分別合成了硫介孔金屬有機框架／石墨烯復合材料，硫介孔炭／多壁碳納米管復合材料和硫介孔炭／氧化石墨烯復合材料三種含硫正極材料，研究其理化性質和電化學性能。獲得

4、的主要結果如下：1硫介孔金屬有機框架／石墨烯復合材料：采用水熱法成功合成了微孔結構豐富、比表面積大的介孔金屬有機框架(MIL101)，采用“石墨烯與介孔金屬有機框架原位復合硫的液相滲透“二步工藝制備了電化學性能優(yōu)異的硫介孔金屬有機框架／石墨烯／復合正極材料。電化學測試結果顯示，與常規(guī)的單質硫正極材料相比，MIL101(Cr)@rGO／S硫正極半電池首次放電比容量為980mAhg～，50次循環(huán)后仍保持650mAhg～，容量保持率為667％

5、，循環(huán)性能表現得到明顯的改善，保持較高的正極材料活性物質利用率，并顯著提高硫基正極循環(huán)穩(wěn)定性。2硫介孔炭／多壁碳納米管復合材料：采用溶劑熱法成功合成了具有豐富介孔結構的介孔金屬有機框架／多壁碳納米管(MWCNT@MOF5)，以此材料為模板和前驅體，采用高溫碳化法制備具有良好導電網絡、高比表面積、合適孔結構的介孔炭／多壁碳納米管復合材料，通過熱處理的方法，將熔融的硫滲入多孔碳骨架中得到硫介孔炭／多壁碳納米管復合材料(MWCNT@Meso—