一种金属单原子负载双掺杂孔隙可控MOF衍生石墨烯/硫复合材料的制备方法及其应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112310375A(43)申请公布日2021.02.02(21)申请号202011195936.6(22)申请日2020.10.30(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人黄小萧刘亚南卫增岩钟博夏龙(74)专利代理机构哈尔滨华夏松花江知识产权代理有限公司23213代理人侯静(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/052(2010.01)权利要求书1页说明书11页附图18页(54)发明名称一种金属单原子负载双掺杂孔隙可控MOF衍生石墨烯/硫复合材料的制备方法及其应用(57)摘要一种金属单原子负载双掺杂孔隙可控MOF衍生石墨烯/硫复合材料的制备方法及其应用，本发明涉及金属单原子碳基复合材料的制备方法和应用领域。本发明要解决严重多硫化锂穿梭效应等导致电池容量迅速降低及多孔金属氧化物制备困难耗能大、材料构成复杂且原子利用率低的问题。方法：先制备MOF前驱体；再制备孔隙可控的金属单原子/石墨烯复合材料；然后制备氮、氧双掺杂的复合石墨烯基材料，负载硫。该复合材料作为正极材料用于制备锂硫电池。采用金属单原子与杂原子协同作用于孔隙可调控的MOF衍生石墨烯作为S载体。成本低、工艺简单、能耗低、环境友好，能实现规模化生产。本发明制备的复合材料作为正极材料用于锂硫电池领域。CN112310375ACN112310375A权利要求书1/1页1.一种金属单原子负载双掺杂孔隙可控MOF衍生石墨烯/硫复合材料的制备方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：一、将乳化剂-表面活性剂分散到乙醇溶液中，然后加入金属盐，搅拌分散，获得澄清反应液A；二、将配体分散到乙醇溶液中，搅拌分散，形成澄清反应液B；三、将反应液B加入反应液A中，混合均匀，室温条件下沉降，然后采用无水乙醇离心洗涤多次，干燥，获得MOF前驱体；四、在惰性氛围下将MOF前驱体进行预煅烧，然后浸泡在活化剂溶液中，加热搅拌去除溶剂，干燥，放入管式炉中，在惰性气氛下热处理10～30min，冷却至室温，酸浸渍，离心干燥，得到孔隙可控的金属单原子/石墨烯复合材料；五、将水合肼和步骤四获得孔隙可控的金属单原子/石墨烯复合材料放入密闭容器中进行热处理，然后离心洗涤，获得氮、氧双掺杂的复合石墨烯基材料；六、将升华硫与步骤五所述氮、氧双掺杂的复合石墨烯基材料混合，在保护气氛下，加热至硫的熔融温度保温6～24h，然后升温至200～300℃继续保温0.5～3h，获得所述一种金属单原子负载双掺杂孔隙可控MOF衍生石墨烯/硫复合材料。2.根据权利要求1所述的一种金属单原子负载双掺杂孔隙可控MOF衍生石墨烯/硫复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中乳化剂-表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮，金属盐为四水合乙酸锰。3.根据权利要求1所述的一种金属单原子负载双掺杂孔隙可控MOF衍生石墨烯/硫复合材料的制备方法，其特征在于步骤一所述乙醇溶液中无水乙醇与去离子水的体积比为1：1，乳化剂-表面活性剂与乙醇溶液的质量体积比为(3～10)g：100mL。4.根据权利要求1所述的一种金属单原子负载双掺杂孔隙可控MOF衍生石墨烯/硫复合材料的制备方法，其特征在于步骤二所述配体为均苯三甲酸；所述乙醇溶液中无水乙醇与去离子水的体积比为1：1，配体与乙醇溶液的质量体积比为1.8g：200mL。5.根据权利要求1所述的一种金属单原子负载双掺杂孔隙可控MOF衍生石墨烯/硫复合材料的制备方法，其特征在于步骤三反应液A中金属盐与反应液B中配体的质量比为1:(1.225～2.25)。6.根据权利要求1所述的一种金属单原子负载双掺杂孔隙可控MOF衍生石墨烯/硫复合材料的制备方法，其特征在于步骤四中活化剂溶液为KOH溶液，浓度为6mol/L；活化剂与MOF前驱体的质量比为(1～5)：1。7.根据权利要求1所述的一种金属单原子负载双掺杂孔隙可控MOF衍生石墨烯/硫复合材料的制备方法，其特征在于步骤四中预煅烧温度为570℃，热处理温度为900℃。8.根据权利要求1所述的一种金属单原子负载双掺杂孔隙可控MOF衍生石墨烯/硫复合材料的制备方法，其特征在于步骤五中热处理温度为120℃，处理时间为12～24h。9.根据权利要求1所述的一种金属单原子负载双掺杂孔隙可控MOF衍生石墨烯/硫复合材料的制备方法，其特征在于步骤六所述升华硫与氮、氧双掺杂的复合石墨烯基材料的质量比为(3～6)：1。10.如权利要求1所述的一种金属单原子负载双掺杂孔隙可控MOF衍生石墨烯/硫复合材料的应用，其特征在于该MOF衍生石墨烯/硫复合材料作为正极材料用于锂硫电池中。2CN112