基于MOFs合成Co-空心-核殼結(jié)構(gòu)@石墨烯復(fù)合材料、表征及性能研究.pdf

1、本文以金屬有機(jī)框架化合物（MOFs）和沸石咪唑酯骨架結(jié)構(gòu)（ZIFs）作為熱解前驅(qū)體，通過(guò)溶劑熱-熱解方法合成了金屬單質(zhì)/金屬氧化物-碳?xì)?石墨烯（GO）納米復(fù)合碳材料；其次通過(guò)溶劑熱法制備出被GO包裹的球形ZIFs結(jié)構(gòu)，空氣中熱解形成多層、雙層的納米空心球結(jié)構(gòu)。將所制備的復(fù)合碳材料分別用于催化硼氫化鈉（NaBH4）水解制氫和鋰離子電池（LIBs）負(fù)極材料，均具有較好的性能。
　　首先，以多種形狀Co-MOFs作為熱解前驅(qū)體，合成負(fù)

2、載在還原氧化石墨烯（rGO）上的核-多層殼復(fù)合碳材料。Co-MOFs中的Co離子由配體對(duì)苯二甲酸（PTA）產(chǎn)生的碳包裹，在熱解過(guò)程中，合成單組份Co@CG和Co@N-CG的納米復(fù)合材料。200 ℃空氣中熱處理后，Co NPs表面上的部分Co（0）被部分氧化成CoOx，形成包裹在Co核表面上的第一層殼，同時(shí)碳?xì)ぷ兂傻诙託さ玫紺o@CoOx@CG和Co@CoOx@N-CG。在不加入GO的情況下Co@CoOx@C和Co@CoOxN-C通過(guò)相

3、同的方法合成。Co@CoOx@XX四種材料經(jīng)過(guò)X射線(xiàn)衍射（XRD）、X射線(xiàn)光電子能譜（XPS）、拉曼光譜（Raman）、透射電鏡（TEM）等表征進(jìn)行分析后確定是多組分的核-殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料，在催化NaBH4產(chǎn)氫方面表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。其中Co@CoOx@CG在30 ℃下達(dá)到5560 mL?min?1?gCo?1超高的產(chǎn)氫速率。通過(guò)對(duì)其MH表征分析復(fù)合材料的鐵磁性的特征，使其通過(guò)磁力傳輸自攪拌催化產(chǎn)氫，比在有磁子的條件下的催化活性要高

4、，單次催化NaBH4產(chǎn)氫完后即可恢復(fù)吸附能力，重復(fù)5次后催化性能并沒(méi)有明顯降低。這種裝配-熱解-氧化的合成步驟為制備新的碳包裹納米復(fù)合材料提供一個(gè)新的思路。
　　其次，通過(guò)加入PVP使ZIF-12變成球形，ZIFs熱解后合成了由碳摻雜的多層四氧化三鈷（Co3O4）納米空心球碳復(fù)合材料（CHS@C），GO的加入使得在熱解過(guò)程中熱量傳遞加快，形成雙層的結(jié)構(gòu)，而GO會(huì)轉(zhuǎn)化為碳，包裹在碳摻雜的雙層Co3O4的納米中空球狀結(jié)構(gòu)表面（CHS@

5、CG）。CHS@CG和CHS@CG兩者中間摻雜的碳都來(lái)源于配體苯并咪唑，改善了其導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性， CHS@CG最外層的碳能夠保護(hù)其在充放電的過(guò)程中過(guò)度膨脹而造成結(jié)構(gòu)的破壞。對(duì)上述納米空心球結(jié)構(gòu)進(jìn)行了XRD、Raman、XPS、EA和TEM等各項(xiàng)表征以及鋰離子電池性能的測(cè)試。CHS@CG復(fù)合材料在0.2 C循環(huán)400次放電比容量仍可達(dá)到831 mAhg1，在恒流充放電過(guò)程中，庫(kù)侖效率幾乎達(dá)到100％，表現(xiàn)出較好的可逆循環(huán)性能。該合成方