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?，能源存儲技術(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充，特別是在大規(guī)模儲能系統(tǒng)中。鈉離子電池技術(shù)在過去幾年中取得了顯著進展，但其能量密度和循環(huán)壽命仍需進一步提高，以滿足市場的需求。

2、負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。傳統(tǒng)的石墨材料在鈉離子電池中表現(xiàn)不佳，因為鈉離子的離子半徑較大，難以嵌入石墨結(jié)構(gòu)。合金類負極材料雖然具有較高的理論容量，但存在充放電過程中體積膨脹和循環(huán)穩(wěn)定性差的問題。硬碳因其結(jié)構(gòu)的多樣性和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，被認為是一種有前途的鈉離子電池負極材料。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散和存儲。

3、為了實現(xiàn)硬碳材料的商業(yè)化應用，開發(fā)快速、成本效益高的合成方法是必要的。這不僅能加快從實驗室到工業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，還能降低生產(chǎn)成本，提高材料的市場競爭力。目前，研究者們已經(jīng)開發(fā)了多種合成硬碳材料的方法，包括模板法、化學氣相沉積法和直接熱解等。然而，這些方法往往存在耗時長、成本高和產(chǎn)率低的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種mofs衍生硬碳材料的制備方法，該制備方法具有操作簡便、反應時間短等特點，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，可以作為負極材料用于鈉離子電池中，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。

2、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)：

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

4、(1)將鋅鹽與有機配體通過微波加熱反應制備zn-mof前驅(qū)體；

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

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

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

8、本發(fā)明的有益效果是：

9、(1)本發(fā)明通過微波輔助反應可以在短時間內(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便、成本低、生產(chǎn)周期短等特點，便于實現(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性能，可直接應用于儲能和催化領(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：所述微波加熱反應的功率為800～1000w，溫度為40～70℃，升溫速率為5～30℃/min，時間為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℃，時間為1～3h，升溫速率為3～10℃/min。

8.通過權(quán)利要求1～7任意一項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用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種MOFs衍生硬碳材料及其制備方法與應用，涉及新能源材料技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：(1)將鋅鹽與有機配體通過微波加熱反應制備Zn?MOF前驅(qū)體；(2)將Zn?MOF前驅(qū)體在惰性氣體保護下通過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便、成本低、生產(chǎn)周期短等特點，便于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；且制備的硬碳材料具有良好的電化學性能，可直接應用于儲能和催化領(lǐng)域。

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