金属有机膦框架衍生的炭基单原子金属及其储钠性能
由于地壳中钠储量丰富、分布均匀且价格低廉，钠离子电池有望成为下一代电化学储能设备。无定型炭材料具有较大层间距和丰富的缺陷，作为负极材料展现良好的储钠潜力。如何提升无定型炭材料的储钠性能仍然是当前的挑战。理论研究表明，单原子金属掺杂炭材料有利于锚定碱金属离子。然而，尽管单原子金属掺杂炭材料在能源储存与转化领域受到极大关注，但在钠离子电池领域还鲜有实验研究。此外，单原子金属负载量较低，也严重制约了其实际储能应用。 本论文通过一种金属有机膦框架衍生策略，实现了高含量单原子掺杂炭材料的制备。以1，3，5-三氮杂-7-磷杂金刚烷(PTA)和硝酸铜作为原料，合成了长方体形炭基体负载单原子铜。单原子铜通过磷配位固定，形成Cu-P3配位结构，含量高达26.3wt％。单原子铜在浓盐酸以及浓硝酸中都具有良好的抗腐蚀性。通过相似的流程磷配位单原子钴、镍掺杂炭材料也被制备，表明该方法的普适性。 炭基单原子铜作为钠离子电池的负极材料，展现出良好的倍率性能及循环稳定性。在5A g-1的电流密度下，其可逆容量达到107.7mAh g-1;在1A g-1下循环1000圈容量能保持123.2mAh g-1。单原子铜掺杂不仅能够提高材料导电性、增强钠离子扩散，而且改变了材料的储钠行为，使钠在完全放电状态下保持离子态，有利于避免枝晶产生并减少安全隐患。 本工作为制备炭基高含量单原子金属提供了新的思路，推动了其在能源储存与转化领域的应用。
钠离子电池;负极材料;无定型炭材料;金属有机膦框架;制备工艺;抗腐蚀性
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
周继升
2020
中文
TM912;TM242:TM205.1
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）