MOF在充電機(jī)充電蓄電池中的應(yīng)用
2017-8-20 9:11:55??????點(diǎn)擊：
【引言】
因二維納米碳基材料其表面可控的孔隙結(jié)構(gòu)和具有親水性，在電化學(xué)充電機(jī)充電蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（鋰硫充電機(jī)充電蓄電池）具有巨大潛力。本文報(bào)道了熱剝離二維結(jié)構(gòu)的MOF晶體使其變成多層類石墨烯堆疊結(jié)構(gòu)。該系列化合物是由高孔隙的二維片層結(jié)構(gòu)和高極性的孔壁組成?；谠摲N結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，本系列化合物的親水多層類石墨烯堆疊結(jié)構(gòu)可以作為鋰硫充電機(jī)充電蓄電池的正極模型，并揭開鋰充電機(jī)充電蓄電池的表面化學(xué)問題。
【成果簡(jiǎn)介】
目前而言，具有二維類石墨烯/氧化石墨烯結(jié)構(gòu)的納米碳，由于高縱橫比賦予它們優(yōu)異的理化特征，使其在電化學(xué)充電機(jī)充電蓄電池儲(chǔ)能、氣體吸附與分離，以及催化領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用。近日，清華大學(xué)張強(qiáng)在Adv. Mater.上發(fā)文，題名“Thermal Exfoliation of Layered Metal–Organic Frameworks into Ultrahydrophilic Graphene Stacks and Their Applications in Li–S Batteries”。在這項(xiàng)工作中，利用銅鹽4,4’-聯(lián)吡啶MOF用以形成二維層狀結(jié)構(gòu)。二維結(jié)構(gòu)中通過π-π共軛相互作用，形成[Cu2Cl2C10H8N2]n晶體。由于該晶體弱的范德華力容易被熱剝離成10 μm左右，納米尺寸厚度的聚合物晶體。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1 MOF前驅(qū)體的表征
圖a. MOF的XRD與其標(biāo)準(zhǔn)譜圖。
圖b. 層狀MOF以及模型。
圖c-e. MOF材料的SEM譜圖。
圖f. 機(jī)械剝離得到的2D MOF。
圖g. AFM圖像以及其厚度。
圖2 UHCS samples材料的表征
圖a-b. UHCS‐500的SEM。
圖c-d. UHCS‐900的SEM。
圖e-f. UHCS‐900的TEM。
圖3 UHCS材料的孔徑分布以及表面極性表征
圖a. UHCS材料與CVD石墨烯的氮?dú)馕奖碚鳌?/span>
圖b. 親水型沸石，活性炭，微孔碳和碳納米管的水蒸氣吸附性測(cè)試。
圖c. 動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)試。
圖d. 親水性碳材料的拉曼光譜。
圖e. 親水性碳材料N 1s的XPS光譜。
圖4 極性UHCS和非極性碳納米管的電性能表征
圖a. UHCS作為正極材料的示意圖。
圖b. 宏觀吸附試驗(yàn)。
圖c. 交流阻抗圖譜。
圖d. 親水性碳的CV圖。
圖e. 恒電流充放電圖。
圖f. 1C電流下的循環(huán)圖。
【小結(jié)】
這項(xiàng)工作介紹了一種簡(jiǎn)單熱剝離MOF晶體的方法。利用這種方法制備出了多層類石墨烯，強(qiáng)表面極性，多級(jí)微孔和形態(tài)均一的結(jié)構(gòu)。當(dāng)這些極性納米碳在鋰硫充電機(jī)充電蓄電池中作為正極時(shí)，多孔極性可以吸引多硫化物，同時(shí)確保電子和離子可以自由轉(zhuǎn)移，從而使氧化還原反應(yīng)能夠可逆進(jìn)行。更重要的是，我們的熱剝離方法可用來高效制備強(qiáng)極性納米碳材料。也可以探索其它二維前驅(qū)材料用以合成納米碳。
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