基于MOFs材料的金属氧化物的合成、改性以及电化学性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

mofs材料因其发达的孔隙结构、可控的形貌以及良好的热稳定性在催化、气体分离、电化学、光化学设备、生物医学有着广泛的应用。通过mofs的热解可以得到诸如cuo、co₃o₄、tio₂、fe₂o₃等金属氧化物且具有丰富的孔道结构。tio₂作为一种金属氧化物在锂离子电池负极材料中展现出了极大的优势，主要由于它相对较低的密度和摩尔质量能够提供更高的体积和质量能量密度，另外tio₂的结构易于调节，在锂离子电池化学反应过程中不会形成固态的电解质界面（sei膜），从而在第一圈的充放电循环中不会造成很大的容量衰减。但同时也被它相对较低的电导率和体积变化所导致的较差的倍率性能所限制。g-c₃n₄由于其较小的带隙，良好的热稳定性，化学稳定性，高的比表面积被广泛用于光催化领域，事实上g-c₃n₄拥有石墨烯状的二维π-共轭平面层状结构，且拥有高的氮含量，而高的氮含量能够为法拉第反应提供更多的活性位，提高电极的润湿度，并且能够有效提高质量传递效率。

而同属mofs材料的zif-l因为其二维层状结构，以及一致的孔道也引起广泛地关注，而zif-l-co热解过后形成的片层多孔碳包裹co₃o₄结构被想到用来用于超级电容器的测试，而为了改善外层碳的导电性，使用糠醇聚合后碳化。

该工作通过将mil-125（mof）与三聚氰胺球磨后在空气氛围下煅烧而形成g-c₃n₄片层包裹多孔的tio₂结构用于锂离子电池负极材料，多孔的特征缓解了体积膨胀并且提高了活性位点，而高氮含量二维g-c₃n₄的包裹则进一步提高了质量传递效率，减小极化的影响。

2. 国内外研究现状分析

锂离子电池负极材料的研究现在主要集中在循环性能和容量这两方面。循环性能这块，主要针对高理论容量材料的改性从而提高它的循环性能，比如过渡金属氧化物（co₃o₄、fe₂o₃、zno等）、单质硅；而容量方面，以良好的循环性能材料如碳和tio2等为代表，掺杂改性提高它的容量。

2011年，jianfengye等人以ti(obu)₄作为钛源，以乙酸作为溶剂，在没有任何其他添加剂的情况下制备出了纺锤体纳米多孔锐钛矿tio₂，显著地提高了锂离子电池的性能，显示了纳米多孔材料的优势地位。crystal s. lewis 等人研究不同的tio₂的形貌特征来比较相应的锂离子电池性能，通过0维、1维以及三维网状结构的对比得出，三维网状结构要更有优势。ziqi wang等人研究了mof的特性，通过空气下热解mil-125得到锐钛矿tio₂, 以其优越的电化学性能展示了多孔材料的优势。

liu等人利用mof-5作为模板，通入糠醇蒸汽使糠醇在mof孔道内聚合，后经过碳化而形成纳米微孔碳结构用于超级电容器的电极。

3. 研究的基本内容与计划

1.制备mil-125，zif-l-co

2.将mil-125与三聚氰胺球磨后在空气气氛下煅烧得到片层的g-c₃n₄包裹的tio₂;将zif-l-co在糠醇溶液中浸渍后碳化。

3.材料的分析与表征：通过如氮气物理吸附（bet）、x-射线晶体衍射（xrd）和透射电镜（tem）等表征技术对材料的比表面积及孔结构、晶相、尺寸、形貌和分布等进行表征。

4. 研究创新点

1.本项目的特色在于利用MOF材料的改性提高了电化学性能

2.创新点在于制备出二维g-C3N4包裹多孔锐钛矿TiO2，利用糠醇在片层ZIF-L的聚合制得二维碳层包裹Co₃O₄结构。