結(jié)構(gòu)可控的中空金屬有機(jī)骨架微球的合成及在能源儲存中的應(yīng)用.pdf

1、隨著現(xiàn)代交通運(yùn)輸工具如混合動力電動汽車、全電動汽車等的發(fā)展，人們急切需要高能量密度和高功率密度電能存儲裝置(EES)來滿足這些運(yùn)輸工具的需求。作為新興EES系統(tǒng)的前列，鋰離子、鋰硫電池，超級電容器備受關(guān)注，但它們都很難同時滿足較高的能量密度和功率密度、較高的倍率性能、較長的循環(huán)壽命、較高的安全性等所有要求。因此，開發(fā)具有新的化學(xué)特性及較高的電化學(xué)性能的電極材料并將其用于電能存儲裝置，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。金屬有機(jī)骨架(MOFs)作為一類多

2、孔結(jié)晶材料，通過較強(qiáng)的配位作用將無機(jī)、有機(jī)單元連接起來，大多數(shù)的無機(jī)單元是金屬離子或金屬氧化物，可充當(dāng)電化學(xué)過程中的氧化還原活性位點(diǎn)，而有機(jī)配體是很好的碳源，因而MOFs作為電極材料有很大的潛力，尤其最近幾年，MOFs在電化學(xué)能量儲存領(lǐng)域中的應(yīng)用日漸興起并備受關(guān)注。在本論文中，我們基于乳液界面聚合，設(shè)計制備一種結(jié)構(gòu)可控的金屬有機(jī)骨架ZIF-8中空微球，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行以下三方面的應(yīng)用研究。
　　一、基于實(shí)驗(yàn)室前期工作，批量制備殼層

3、厚度遞增的三種結(jié)構(gòu)的ZIF-8中空微球，并對其結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行詳細(xì)研究;同時，通過負(fù)載Pd納米粒子，用于選擇性催化烯烴的加氫反應(yīng)，結(jié)果顯示，最薄殼層的ZIF-8(T)中空微球具有較高的效率和尺寸選擇性。
　　二、通過高溫碳化金屬有機(jī)骨架ZIF-8中空微球，獲得具有較薄殼層、較高含量氮摻雜及較高比表面積的結(jié)構(gòu)可控的多級孔納米中空碳球，可以用于鋰離子電池負(fù)極。經(jīng)800℃煅燒所得的薄殼層中空納米碳球?qū)⒏邠降?16.61％)、高比表面積（1

4、038 m2g-1）、多層次的孔徑分布（微、介孔）及可控結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，顯示非常優(yōu)異的電化學(xué)性能。在較低的電流密度100 mA g-1充放電100圈，可逆比容量高達(dá)2047 mAh g-1，保留了第二圈放電比容量的97％，循環(huán)穩(wěn)定性非常好;甚至在較高的電流密度5Ag-1循環(huán)1000圈，可逆比容量也高達(dá)879 mAh g-1，顯示卓越的倍率性能。同時，我們詳細(xì)分析了碳化溫度和碳球的結(jié)構(gòu)對LIBs電化學(xué)性能的影響，進(jìn)一步豐富金屬有機(jī)骨架材