MOF-on-MOF策略原位構筑高性能異質核-雙層殼負極材料
發布時間：2020-08-28 作者：harry 分享到：
核殼結構因其多樣的微觀形貌、可調的組分分布以及豐富的內部空間，在納米材料研究領域一直吸引著我們的關注。核殼結構通常由高活性的核和功能化的殼組成，具有豐富的內表面和較高的機械強度，因此可作為高性能的可充電電池的電極材料。近年來，已經設計并合成了多種核殼結構負極材料并應用在能源存儲領域，展現出較高的可逆容量、功率密度以及較長的循環壽命。但目前絕大多數已報道的核殼結構負極材料微觀形貌和化學組成單一，核殼組成及結構可控性差，限制了核殼結構中各活性組分間的協同作用的充分發揮。
與此同時，基于金屬離子和有機配體橋連且富有豐富的官能團等優點，MOFs可以用作結構可裁剪的自模板，拓撲衍生碳基多元金屬硫化物，一步實現原位碳包覆、多元金屬的調控及多級結構的**轉化。結合MOFs材料中各官能團間的作用力，通過調節合成條件，以自組裝的形式將兩種不同類型的MOFs進行復合得到的雜化結構，可能為核殼結構碳基金屬硫化物的合成提供一種新的思路。實現不同類型MOFs的復合主要有外延生長和內部擴展生長兩種方法。其中，內部擴展生長法克服了晶格匹配原則，用于構筑多層次模塊MOFs復合結構。該方法利用兩親性分子在主體MOFs表面的橋接并吸附游離在溶劑中的金屬離子，使客體MOFs在主體MOFs表面成核、生長，增強兩種MOFs間的作用力，**得到核-衛星式的MOFs-on-MOFs雜化結構。
近來，中國石油大學（華東）多孔材料研究團隊的孫道峰教授和康文裴副教授，帶領團隊成員采用MOFs-on-MOFs策略，通過層層自組裝合成了一種核-雙層殼結構的復合MOFs（MIL-53@ZIF-8@RF），以該復合MOFs為前驅物制備了具有異質核-雙層殼結構的碳基雙金屬硫化物復合材料（Fe7S8/C@ZnS/N-C@C），該材料被證明是具有**倍率性能和循環穩定性的鈉離子電池負極材料。這種類秋葵狀結構的負極材料具有多層次碳基質、豐富的內表面以及新穎的活性組分分布。作為鈉離子電池負極材料，在充放電過程中活性組份的轉化反應由核至殼分步進行，**緩沖體積變化帶來的內部應力，同時充分利用核-雙層殼結構中的內部空間，維持負極材料在循環過程中的結構穩定性，該材料在5.0 A g-1的電流密度下循環10000周后仍具有364.7 mAh g-1的比容量。相關成果發表在Small (DOI：10.1002/smll.201907641)上。
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