具有客体诱导突变性质的LIBs负极材料Guest@MOF的构筑及其储锂机制

批准号:
51672114
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
袁爱华
依托单位:
学科分类:
E0211.其他无机非金属材料
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨宏训、闫秀芬、汪萍、孟春凤、童永丽、王锦培、陈天辉
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中文摘要
如何提高金属有机骨架(MOF)的导电性和比容量是其应用于高效电化学储能系统亟需解决的关键科学问题。本项目以寻找兼具高导电性、高稳定性和高比容量的锂离子电池(LIBs)负极材料为目标,以具有本征储锂性能的活化MOF为主体,引入具有氧化还原活性和π电子共轭效应的客体,构筑具有多级孔结构的Guest@MOF新材料;结合结构测定、物性表征、电化学性能和储锂机制研究,探讨该类材料的组成、微结构、导电性、多孔性和稳定性等与其储锂性能之间的关系;通过调变和优化材料的结构和物性参数,获得高性能LIBs负极材料。Guest@MOF中主客体间强的相互作用可同时提高材料的导电性和稳定性,并可能产生客体诱导突变性质;相互贯通的多级孔结构为电子传输和离子扩散提供快速通道,富含N、O官能团的MOF为锂离子的吸附提供大量活性位点,有利于提高材料的比容量。本项目研究将为高性能LIBs负极材料的研发提供实验依据和理论指导。
英文摘要
How to improve the conductivity and specific capacity of metal-organic framework (MOF) is a key scientific problem for its application in efficient electrochemical energy storage systems. This project takes the fabrication of anode materials for lithium-ion batteries (LIBs) with high conductivity, stability and capacity as the research target. The guest with redox activity and π electron conjugated effect is introduced into the pores of activated host MOF with intrinsic lithium-storage abilities to construct Guest@MOF materials with hierarchical pores. The structural and physical characterizations, together with electrochemical properties and lithium-storage mechanism will be carried out to determine the relationships between various parameters (composition, microstructure, conductivity, porosity and stability) and lithium storage properties. The high-performance anode materials for LIBs will be obtained by adjusting and optimizing the structure and physical parameters of composites. The strong chemical bonding interaction and electronic coupling effect between the host framework and guest molecules in Guest@MOF can simultaneously improve the conductivity and stability of materials and produce guest-induced emergent properties. The interpenetrated and hierarchical pores provide fast channels for electron transportation and ion diffusion. The framework with rich nitrogen- and oxygen-functional groups affords numerous active sites for the adsorption of lithium ions, and facilitates the enhancement of specific capacities. The project might provide experimental evidence and theoretical guidance for the development of high-performance anode materials for LIBs.
锂离子电池(LIBs)具有高比能量、低成本和环境友好等特点,被认为是当前极具潜力的锂二次电池,如何提高金属有机框架(MOF)的导电性和比容量是MOF应用于高效电化学储能系统亟需解决的关键科学问题之一。本项目围绕MOF应用于LIBs负极时存在的关键问题开展研究工作,主要采用溶液浸渍、溶剂热和自组装等方法,通过对MOF主体进行硫化、与导电基底(碳布CC、石墨烯量子点GQDs、石墨烯泡沫GF和石墨烯气凝胶GA)复合以及引入具有氧化还原活性和π电子共轭效应的有机配体等手段可控构筑MOF及MOF基材料。通过本项目的研究,获得了11类集高导电性、高稳定性和高比容量于一体的LIBs负极材料,包括:CuS@Cu-BTC、ZnS@ZIF-8 (ZnS/NC)、Cu-TCNQ、Cu-BHT、Cu-BTC、CoFe-MOF (CoFeP)、Fe-MOF@CC (Fe2O3@CC)、ZIF-8@GQDs (NC@GQDs)、M-MOF@GF (MOx@GF) (M = Cu, Fe, Co, Ni)、CoM-MOF@GA (CoMOx@GA) (M = Fe, Co)和FeCo-MOF@GA (FeCoSe2@GA)。考察了上述电极材料的物相组成、结构特征、微观形态、导电性、多孔性和稳定性等,探讨了不同条件(硫化时间、MOF结构、导电基底种类和复合量以及各组元之间的协同作用)与电极材料电化学性能之间的内在联系,揭示了影响该类LIBs负极材料储锂性能的关键因素。本课题的实施与完成为新型高性能MOF及MOF基LIBs负极材料的开发和应用提供了实验依据和理论指导。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Core-shell structured ZnCo/NC@MoS2 electrocatalysts for tunable hydrogen evolution reaction
用于可调析氢反应的核壳结构ZnCo/NC@MoS2电催化剂
DOI:10.1016/j.electacta.2019.135445
发表时间:2020-01
期刊:Electrochimica Acta
影响因子:6.6
作者:Jianhui Feng;Hu Zhou;Danyang Chen;Ting Bian;Aihua Yuan
通讯作者:Aihua Yuan
Facile synthesis of metal-organic framework-derived Co3O4 with different morphologies coated graphene foam as integrated anodes for lithium-ion batteries
轻松合成金属有机骨架衍生的具有不同形貌的涂层石墨烯泡沫Co3O4作为锂离子电池集成阳极
DOI:10.1016/j.jallcom.2018.07.290
发表时间:2018-11
期刊:Journal of Alloys and Compounds
影响因子:6.2
作者:Jinxiao Shao;Hu Zhou;Meizhou Zhu;Jianhui Feng;Aihua Yuan
通讯作者:Aihua Yuan
Porous carbon derived from metal-organic framework@graphene quantum dots as electrode materials for supercapacitors and lithium-ion batteries.
金属有机框架多孔碳@石墨烯量子点作为超级电容器和锂离子电池的电极材料
DOI:10.1039/c9ra01488h
发表时间:2019-03-22
期刊:RSC advances
影响因子:3.9
作者:
通讯作者:
Ultrathin Ni-Al layered double hydroxide nanosheets with enhanced supercapacitor performance
具有增强超级电容器性能的超薄镍铝层状双氢氧化物纳米片
DOI:10.1016/j.ceramint.2017.07.207
发表时间:2017-11-01
期刊:CERAMICS INTERNATIONAL
影响因子:5.2
作者:Liu, Huili;Yu, Tingting;Kong, Qinghong
通讯作者:Kong, Qinghong
DOI:10.1002/slct.202003330
发表时间:2020-09
期刊:
影响因子:--
作者:Jinghao Xiao;Hu Zhou;Sheng Wang;Aihua Yuan
通讯作者:Jinghao Xiao;Hu Zhou;Sheng Wang;Aihua Yuan
基于离子-电子可控传导的2D-MOFs构筑界面相容的无负极固态锂金属电池
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:54万元
- 批准年份:2022
- 负责人:袁爱华
- 依托单位:
有机自由基桥联高自旋金属簇合物构筑新型多孔磁体的研究
- 批准号:51272095
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:袁爱华
- 依托单位:
纳米多孔配位骨架材料的分子设计、制备及其负热膨胀性研究
- 批准号:51072072
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:38.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:袁爱华
- 依托单位:
国内基金
海外基金
