本發(fā)明涉及新能源材料，具體涉及一種mofs衍生硬碳材料及其制備方法與在鈉離子電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著全球?qū)稍偕茉吹囊蕾嚾找嬖黾?，能源存?chǔ)技術(shù)成為關(guān)鍵。鈉離子電池因其成本效益和鈉資源的廣泛分布，被視為鋰離子電池的重要補(bǔ)充，特別是在大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中。鈉離子電池技術(shù)在過(guò)去幾年中取得了顯著進(jìn)展，但其能量密度和循環(huán)壽命仍需進(jìn)一步提高，以滿足市場(chǎng)的需求。

2、負(fù)極材料作為影響電池性能的關(guān)鍵因素，一直是研究的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的石墨材料在鈉離子電池中表現(xiàn)不佳，因?yàn)殁c離子的離子半徑較大，難以嵌入石墨結(jié)構(gòu)。合金類負(fù)極材料雖然具有較高的理論容量，但存在充放電過(guò)程中體積膨脹和循環(huán)穩(wěn)定性差的問(wèn)題。硬碳因其結(jié)構(gòu)的多樣性和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，被認(rèn)為是一種有前途的鈉離子電池負(fù)極材料。硬碳材料具有較高的比表面積和孔隙率，有助于鈉離子的快速擴(kuò)散和存儲(chǔ)。

3、為了實(shí)現(xiàn)硬碳材料的商業(yè)化應(yīng)用，開(kāi)發(fā)快速、成本效益高的合成方法是必要的。這不僅能加快從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，還能降低生產(chǎn)成本，提高材料的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。目前，研究者們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種合成硬碳材料的方法，包括模板法、化學(xué)氣相沉積法和直接熱解等。然而，這些方法往往存在耗時(shí)長(zhǎng)、成本高和產(chǎn)率低的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種mofs衍生硬碳材料的制備方法，該制備方法具有操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)時(shí)間短等特點(diǎn)，并且制備得到的硬碳材料呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，比表面積大，可以作為負(fù)極材料用于鈉離子電池中，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。

2、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種mofs衍生硬碳材料的制備方法，包括以下步驟：

4、(1)將鋅鹽與有機(jī)配體通過(guò)微波加熱反應(yīng)制備zn-mof前驅(qū)體；

5、(2)將zn-mof前驅(qū)體在惰性氣體保護(hù)下通過(guò)高溫煅燒制備硬碳材料。

6、本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種通過(guò)前述的制備方法制備得到的mofs衍生硬碳材料。

7、本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供所述mofs衍生硬碳材料在鈉離子電池中的應(yīng)用。

8、本發(fā)明的有益效果是：

9、(1)本發(fā)明通過(guò)微波輔助反應(yīng)可以在短時(shí)間內(nèi)制備得到二維片狀zn-mof前驅(qū)體，接著將前驅(qū)體zn-mof經(jīng)高溫煅燒得到多孔、比表面積大的二維片狀硬碳材料。

10、(2)本發(fā)明提供的硬碳材料制備方法具有操作簡(jiǎn)便、成本低、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)，便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

11、(3)本發(fā)明制備的硬碳材料具有良好的電化學(xué)性能，可直接應(yīng)用于儲(chǔ)能和催化領(lǐng)域。

技術(shù)特征：

1.一種mofs衍生硬碳材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述鋅鹽為六水合硝酸鋅、六水合氯化鋅、醋酸鋅、硫酸鋅中的至少一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述有機(jī)配體為芳香二酐、酞菁衍生物中的至少一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述芳香二酐為1,4,5,8-萘四甲酸酐、苯二酐、均苯四甲酸酐、對(duì)苯二酐、四氟苯二酐、2,3,6,7-四氟苯二酐、2,3-二氯苯二酐中的至少一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述酞菁衍生物為α-四硝基酞菁、α-四氨基酞菁、β-四氨基酞菁、β-四異氰酸酯基酞菁、α-四羥基酞菁中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述微波加熱反應(yīng)的功率為800～1000w，溫度為40～70℃，升溫速率為5～30℃/min，時(shí)間為10～30min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述高溫煅燒的溫度為700～900℃，時(shí)間為1～3h，升溫速率為3～10℃/min。

8.通過(guò)權(quán)利要求1～7任意一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的mofs衍生硬碳材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的mofs衍生硬碳材料，其特征在于：所述mofs衍生硬碳材料的比表面積大于500m2/g，孔徑為1.0～2.0nm。

10.權(quán)利要求8或9所述的mofs衍生硬碳材料在鈉離子電池中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種MOFs衍生硬碳材料及其制備方法與應(yīng)用，涉及新能源材料技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：(1)將鋅鹽與有機(jī)配體通過(guò)微波加熱反應(yīng)制備Zn?MOF前驅(qū)體；(2)將Zn?MOF前驅(qū)體在惰性氣體保護(hù)下通過(guò)高溫煅燒制備硬碳材料。本發(fā)明提供的硬碳材料制備方法具有操作簡(jiǎn)便、成本低、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)，便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；且制備的硬碳材料具有良好的電化學(xué)性能，可直接應(yīng)用于儲(chǔ)能和催化領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：劉伶俐,胡榮強(qiáng),桂磊,胡磊,梁升,盧義勝,謝康,曹德聰,徐繼勝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19