[发明专利]一种钴锰双金属MOFs衍生材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了材料技术领域中金属有机框架材料制备技术领域的一种钴锰双金属MOFs衍生材料及其制备方法和应用。本发明的钴锰双金属MOFs衍生材料为球状MnCo₂O_4.5，具有多壳层结构，所述多壳层结构是由含钴锰双金属的壳层嵌套而成，壳层表面有褶皱，具有高的锂离子储存量和优异的电化学性能，可以作为锂离子电池的负极储锂材料。具体制备方法为：将金属钴源、金属锰源和葡萄糖溶解于水中，得到混合溶液进行水热反应，得到固体产物为前驱体，将其进行煅烧，即得钴锰双金属MOFs衍生材料。本发明的合成工艺简单，反应条件温和，重复性高，成本低廉，而且制得的钴锰双金属MOFs衍生材料具有优异的性能。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及金属有机框架材料制备技术领域，尤其是一种钴锰双金属MOFs衍生材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、电压高、循环寿命长、自放电小、维护成本低和环境友好等优点，可以作为便携式电子器件，在电动汽车、混合型电车、智能电网等领域表现出了巨大的应用潜能，储锂材料的研发与制备是锂离子电池领域的核心技术，特别是开发高性能的锂离子电池负极储锂材料。金属氧化物作为负极材料具有适宜的电压平台以及较高的比容量，其储锂性能正在被人们广泛研究，但是目前，仍然有一些问题亟需研究解决，比如其较低的电子导电率、在电化学过程中存在明显的体积膨胀以及电压滞后等问题，这些问题严重影响了锂离子电池的循环稳定性及倍率性能。金属有机框架材料(MOFs)是近年来发展起来的新型多孔材料，是通过金属簇或离子与合适的有机配体之间的配位反应合成的。MOFs具有高孔隙率、大比表面积和易于改变形貌等特点，其结构具有多样性，可以作为很好的模板材料。通过高温处理或化学处理MOFs可以制得具有优异性能的衍生材料，包括金属氧化物、金属硫化物、金属磷化物以及多组分复合材料等。因此，利用MOFs设计获得具有合适形貌、优异电化学性能、稳定结构的双金属MOFs衍生材料，并将其用作锂离子电池的负极储锂材料，有望实现制备具有高容量及高循环稳定性的锂离子电池。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种钴锰双金属MOFs衍生材料及其制备方法和应用，采取的技术方案为：

一种钴锰双金属MOFs衍生材料，为球状MnCo₂O_4.5，具有多壳层结构，所述多壳层结构是由含钴锰双金属的壳层嵌套而成，壳层表面有褶皱。

一种钴锰双金属MOFs衍生材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将金属钴源、金属锰源和葡萄糖溶解于水中，得到混合溶液；

(2)将步骤(1)所得混合溶液进行水热反应，得到固体产物，即为前驱体；

(3)将步骤(2)所得前驱体进行煅烧，即得钴锰双金属MOFs衍生材料。

进一步地，所述金属钴源中钴元素、金属锰源中锰元素和葡萄糖的摩尔比为3-6:3-6:6-8；

进一步地，所述葡萄糖与水的摩尔体积比为0.01-0.03:30mol/mL。

优选地，所述金属钴源中钴元素、金属锰源中锰元素和葡萄糖的摩尔比为5:5:7。

进一步地，所述金属钴源选自四水合乙酸钴或六水合乙酸钴中的一种或多种；

进一步地，所述金属锰源选自四水合乙酸锰或六水合乙酸锰中的一种或多种。

进一步地，步骤(2)中所述水热反应的温度为180-200℃；

进一步地，所述水热反应的时间为6-8h。

进一步地，步骤(3)中所述煅烧温度为550-700℃；

进一步地，所述煅烧时间为2-3h。