硅碳材料改性之金屬有機(jī)框架(MOFs)

金屬有機(jī)框架(MOFs)改性

MOFs以金屬離子和有機(jī)配體交替連接的方式自組裝形成周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有多孔、比表面積大等特點(diǎn)，在儲氫、電極催化、藥物載體和能源儲存等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。將MOFs在保護(hù)氣氛下高溫碳化即可得到金屬氧化物@碳電極材料。研究人員對納米硅粉進(jìn)行MOFs改性得到Si@MOFs，隨后進(jìn)行后續(xù)碳化處理可以得到金屬氧化物@碳@硅，金屬氧化物和硅以不同的儲鋰機(jī)制在電池中協(xié)同發(fā)揮作用。

Han等[1]通過簡單的一步法在納米硅表面自組裝ZIF-8實(shí)現(xiàn)了Si和MOFs的復(fù)合，如圖6所示。將MOFs原料(金屬鹽和配體)、硅納米顆粒和溶劑引發(fā)劑一起研磨，隨后將由此獲得的復(fù)合物進(jìn)一步碳化作為活性陽極材料。透射電鏡照片顯示平均每個MOFs顆粒內(nèi)部約包有三個納米硅顆粒，Si@MOFs顆粒尺寸約為500nm，顆粒整體尺寸略有增加，有利于電極壓實(shí)密度的提高。性能數(shù)據(jù)顯示該材料比容量高達(dá)1050mAh/g，500次循環(huán)后比容量保持率大于99%。

圖1 鋰離子電池負(fù)極材料Si-ZIF-8制備流程圖

Wang等[2]利用SiAl合金與有機(jī)酸在水熱條件下的自腐蝕反應(yīng)制備SiAl/Al-MOFs核殼前驅(qū)體，經(jīng)過后續(xù)熱處理和腐蝕得到多孔硅微球@碳(pSiMS@C)核殼復(fù)合材料。腐蝕形成的多孔硅微球可以促進(jìn)法拉第反應(yīng)和擴(kuò)散過程的動力學(xué)，緩解充放電循環(huán)過程中的巨大體積變化，提升復(fù)合材料的儲鋰能力。外層MOFs取得的碳?xì)た梢员ＷC良好的電接觸。pSiMS@C電極在1A/g電流密度下經(jīng)過500次循環(huán)后，可逆容量為1027.8mAh/g，容量保持率為79%。

審核編輯 ：李倩