[发明专利]一种基于MOFs的双金属氧化物及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种空心球状纳米级双金属氧化物及制备和应用方法，该制备方法包括：1)通过溶剂热法合成淡黄色前驱体Ni‑Co‑MOF；2)将淡黄色粉末在空气氛围下煅烧得到具有空心球状结构的纳米级双金属氧化物。通过该方法制得的双金属氧化物材料具有特殊的中空结构，且颗粒较小呈纳米级，极大地缩短了锂离子的嵌入/脱嵌过程，且通过两种金属之间的协同作用，有效解决了过渡金属氧化物作为锂电负极材料体积变化较大的问题。与传统的石墨电极相比，该材料在作为锂离子电池的负极材料使用时，表现出较高的比容量和良好的倍率性能，对合成具有优良电容性能材料的工业化生产的拓展具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种双金属氧化物纳米材料，具体地，涉及一种基于MOFs的空心球状纳米级双金属氧化物及制备方法和应用，属于化工应用技术领域。

背景技术

近年来，随着不可再生能源化石燃料的储量逐渐减少，可再生新型能源(风能、水能、海洋能、潮汐能、太阳能和生物质能)逐渐成为科研工作者研究探索的热点，有效可靠的储能技术应运而生。其中，锂离子电池因具有较高的开路电压、使用寿命长、能量密度大、无记忆效应、绿色环保、自放电率小以及可快速充放电等优点而被广泛研究。在锂离子电池中，以过渡金属氧化物MOx(M＝Co、Mn、Ni、Cu和Fe等)作为锂离子电池的负极材料因其理论比容量较高而受到很多科研工作者的重视。该类负极材料的理论比容量为传统负极材料石墨的2-3倍，其中四氧化三钴(Co₃O₄)的理论比容量高达890mAh·g^-1，氧化镍(NiO)理论比容量为718mAh·g^-1。

有研究表明，过渡金属氧化物作为锂离子电池的负极材料虽然可以获得很高的首次充放电容量，然而，随着充放电的进行，其自身的弱导电性和体积发生很大变化，从而使得其循环寿命短，容量衰减严重以及在高倍率下容量极低。因此，对过渡金属氧化物进行复合以及对其结构和形貌的调控，获得具有更高性能的过渡金属氧化物是本领域急需解决的技术问题。

近几年，双金属氧化物甚至是多金属氧化物逐渐被研究者们合成。2016年，Xu等人基于一种Zn-Co-MOF合成了三维纳米片状的ZnO/ZnCo₂O₄，该材料在电流密度2A·g^-1时循环250圈仍有1016mAh·g^-1的高比容量；2016年，Li等人基于MOF-74合成了棒状的Ni_0.3Co_2.7O₄，在循环200圈后比容量仍可保持在1410mAh·g^-1。可见，通过两种金属的协同作用可以有效增强电池的比容量和循环稳定性，在提高电池的电化学性能方面有很大潜力，目前对这一方面的研究仍然较少。

发明内容

技术问题：

1.本发明的第1个目的是提供一种具有优良电化学特性的空心球状纳米级双金属氧化物材料。

2.本发明的第2个目的是上述材料的制备方法。

3.本发明的第3个目的是上述材料的应用。

技术方案：本发明的一种空心球状纳米级双金属氧化物NiO/NiCo₂O₄；是以MOFs为前驱体制备而得，材料保持了MOFs所特有的多孔性和较高的比表面积；

所述的双金属氧化物由一个个粒径为50-60nm左右的纳米颗粒聚集形成的粒径为400-500nm的空心球结构；

本发明的空心球状纳米级双金属氧化物的制备方法包括以下步骤：

1)将Co源和Ni源与配位剂及表面活性剂溶解在DMF/乙醇中混合，形成混合溶液，超声波处理10-30min；