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多羧酸基MOFs及其衍生物作为锂离子电池负极的研究进展

2021-09-27杨道祥张宇航史发年

化学研究 2021年5期
关键词:结构

杨道祥,张宇航,史发年

(沈阳工业大学 环境与化学工程学院,辽宁 沈阳,110870)

锂离子电池因具有较大的能量密度、较长的使用寿命以及环境友好等特点,广泛用于便携电子设备、新能源汽车和大规模储能电站等领域[1-2]。随着科技的进步以及储能设备的日益普及,推动了对低成本、高容量和长循环寿命充电电池的需求[3-4]。目前常用的锂离子电池负极材料为石墨,其理论容量较低(372 mAh·g-1)和倍率性能较差[5]。因此,开发具有优异倍率能力和长循环稳定性的锂离子电池负极材料具有重要的意义[6]。

金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)材料是指有机配体与金属离子或金属簇通过配位键和氢键自组装形成的具有周期性网络结构的晶体材料[7-9],也称之为配位聚合物(Coordination Polymers)[10-11]。MOFs具有超高的比表面积和孔隙率、高的热稳定性和化学稳定性、可调控的孔道结构等优点,其多孔结构能够提供更多的Li+扩散通道及嵌入量,提高了锂离子电池的能量密度和循环性能[12]。对于大多数的MOFs材料,配位作用对构建骨架结构最为关键,选择不同种类和尺寸的有机配体、或者对配体上的官能团进行修饰,可以获得不同孔结构和比表面积的多孔材料[13-14],这种组成和结构的多样性也导致了MOFs功能的多样性和可调性[15]。近年来大量的MOFs是利用含羧基的配体合成的,此类型的有机配体可以作为氧化还原活性中心与Li+结合。一般而言,在锂的嵌入/脱出过程中,金属离子参与了转换机制,从而导致MOFs框架的破坏,以羧酸基团为配体合成的MOFs能减少中心金属离子直接参与氧化还原过程,提高其结构稳定。……

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