[发明专利]一种氧化物纳米线/ZIF系MOFs糖葫芦状复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料及其制备方法领域，具体涉及了一种氧化物纳米线/ZIF系MOFs糖葫芦状复合材料及其制备方法。

背景技术

绿色能源储存与分配对人们日常生活和大气环境的重要性得到了世界各国的认可，被城市环境的恶化已经逐渐被人们所接受。传统汽车所使用的化石燃料的不完全燃烧以及化石燃料在供热体系中的使用被认为是造成大城市尤其是发展中国家雾霾状况越来越严重的主要原因之一。因此，随着电动汽车(Electric Vehicle)和低成本绿色能源的需求不断增长，先进的储能和能量转换系统的发展正在不断进行。目前，锂离子电池(Lithium-ion battery)由于能量密度高，使用寿命长，无记忆效应以及环境友好等诸多原因，因此引领了电动汽车电源市场，占据了便携式电子设备和绿色能源发电的不少市场份额。然而，由于石墨(372mA h g^-1)的理论容量有限，使用石墨作为负极材料的传统LIB已经不能满足人们快速增长的需求因此，材料科学家深入研究下一代储能技术迫在眉睫，研究重点在于开发一种新型低成本，具有更高的容量和高倍率状态下更好的循环稳定性的负极材料。

目前，除了各种先进的碳材料，纳米结构的硅基杂化物，纳米结构的过渡金属及其氧化物或硫化物，由于其锂离子储存能力理论上高得多，引起了人们的广泛关注。然而，在锂化过程中，半导体或绝缘性质以及巨大的体积变化是它们作为LIB的负极材料的固有缺点中的两个。其中氧化锰，氧化锌以及四氧化三钴，氧化镍，氧化铁等过渡金属氧化物由于体积变化比Si小，环境良好，因此作为发展前景较好的候选负极材料已被广泛研究。

近年来，金属离子或簇和多功能有机配体构建的金属有机骨架(Metal organic framework)材料已经受到基础科学研究和实用多功能应用等诸多领域的日益关注。诸如ZIF-67，ZIF-8等沸石咪唑类骨架(ZIF)类型的MOFs具有高孔隙率，被认为是有希望用于商业领域的MOFs之一。特别是ZIF的碳化衍生物在LIB中的表现显示出良好的发展前景。例如，ZIF纳米晶体衍生的碳负极材料显示出良好的循环稳定性以及优异的倍率性能。然而，高度多孔纳米结构导致其较低的振实密度加上较低的容量等诸多因素，限制了它们作为商用LIB的负极材料的实用性。然而，ZIF及其碳化衍生物的独特结构和组成对于设计不同的纳米结构过渡金属及其氧化物来提高其倍率性能和循环稳定性是非常有帮助的。

发明内容

针对现有的锂离子电池负极材料循环性能及倍率性能较差，制备方法较为复杂，效率低下以及高成本等问题，本发明提供了一种氧化物纳米线/ZIF系MOFs糖葫芦状复合材料及其制备方法，属于锂离子电池负极材料及其制备方法领域。该氧化物纳米线/ZIF系MOFs糖葫芦状复合材料为氧化物纳米线和ZIF系MOFs通过表面活性剂的作用形成的复合产物，首先利用溶剂热法或者水热反应合成氧化物纳米线，然后以氧化物纳米线为基底，加入咪唑，有机溶剂，金属盐通过静置，水热以及溶剂热等方法，利用表面活性剂的作用在纳米线上生长ZIF系MOFs，从而制备得到糖葫芦状结构的复合材料。该氧化物纳米线/ZIF系MOFs糖葫芦状复合材料具有结构新颖，制备简单，循环性能好等优势，且原材料廉价易得，具有巨大的产业化应用价值。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

氧化物纳米线/ZIF系MOFs糖葫芦状复合材料，其特征在于，该复合材料具有串行结构，ZIF系MOFs像糖葫芦串一样，串在氧化物纳米线上，形成糖葫芦形状的结构。

氧化物纳米线/ZIF系MOFs糖葫芦状复合材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：

S1利用溶剂热法或者水热反应合成氧化物纳米线；

S2添加4～6重量份表面活性剂，加入20～40重量份咪唑，30～50体积份有机溶剂，20～40重量份金属盐通过室温静置，水热反应以及在水浴锅或油浴锅中溶剂热等不同的方法制备得到不同种类，类似形貌的的氧化物纳米线/ZIF系MOFs的复合材料；

S3反应产物的收集。

更进一步的，所述步骤S1所述的氧化物纳米线为氧化锰纳米线，氧化锌纳米线，四氧化三钴纳米线，氧化铁纳米线，氧化镍纳米线。

更进一步的，所述步骤S2中所述的表面活性剂为PVP(聚乙烯吡咯烷酮)，SDS(十二烷基硫酸钠)，PVA(聚乙烯醇)，NPAM(聚丙烯酰胺)。

更进一步的，所述步骤S2中的咪唑为2-甲基咪唑，苯并咪唑，2-硝基咪唑。