上海硅酸盐所在钠离子电池材料设计方面取得进展

正日前,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员刘建军团队与华中科技大学教授黄云辉团队通过合作研究,设计有机共轭分子的三维折扇排列与过渡金属离子配位构建纳米金属有机框架(MOF)材料苝四甲酸锌(Zn-PTCA),首次突破共     

日本:金属有机框架修饰电解质有效抑制锂枝晶

正近日,日本国立产业技术综合研究所Haoshen Zhou教授研究团队设计合成了一种全新的金属有机框架材料(MOF)电解质,能在大电流下有效地抑制锂枝晶的生长,大幅增强了电池循环寿命。研究人员首先将适量的金属有机框架材料(MOF)HKUST-1引入到浓度为1mol/L的双三氟甲基磺酰亚胺锂的二甲醚(LiTFSI/DME)电解质中,形成MOF修饰的复     

长春应化所新型锂离子电池负极材料制备研究获进展

正近年来,纳米多孔金属有机骨架化合物(MOF)在气体吸附和分离、多相催化、传感器和微反应器等方面展现出较好的应用前景。中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室轻金属与电池材料组,合成了一系列过渡金属氧化物及其复合材料,该类材料具有高的放电比容量和良好     

Ni-Sn合金量子点镶嵌在多孔纳米碳片复合物的合成及其优异的储钠性能

锡基合金负极材料由于其在储钠过程中拥有高的比容量和低工作电压而备受瞩目,但其在嵌钠/脱钠过程中却易造成原子体积膨胀,从而引起电极材料在储钠时的容量衰减。为了解决这些问题,利用简单的模板法制备出了Ni-Sn合金量子点镶嵌在多孔纳米碳片的复合物(Ni-Sn@PNC),并对比了Ni-Sn的常见两种合金Ni_3Sn_4@PNC、Ni_3Sn_2@PNC和PNC的形貌结构和电化学性能。当它们作为负极材料应用到储钠研究时,Ni_3Sn_4@PNC表现出明高的容量(在100 mA/g的电流密度下进行100圈充放电循环后比容量保持232.7 mAh/g)和出色的循环稳定性(在400 mA/g电流下循环1000圈后具有高达81.6%的容量保持率);PNC拥有较好的倍率性能,而Ni_3Sn_2@PNC却表现出较差的性能。研究结果表明,Ni_3Sn_4作为Ni-Sn合金负极材料的首选,可以利用材料纳米化和多孔纳米碳复合来实现优异的电化学性能。为抑制Sn、Sb和Bi等负极材料在储钠过程中的体积膨胀和性能提升指明了可行的方向。     

钠离子电池中空结构CoSe2/C负极材料的制备及储钠性能研究

过渡金属硒化物具有较高的理论比容量和良好的导电能力, 是钠离子电池潜在的负极材料, 但其在电化学过程中会发生较大体积变化, 循环寿命不佳, 发展受到了限制。为缓解上述问题, 本研究以金属有机框架材料ZIF-67为前驱体, 用单宁酸(Tannic acid, TA)将ZIF-67刻蚀为空心结构, 再通过碳化、硒化制备出以碳为骨架的纳米中空CoSe₂材料(H-CoSe₂/C), 相较于未经刻蚀处理的CoSe₂材料(CoSe₂/C), H-CoSe₂/C表现出更好的储钠性能, 特别是循环稳定性得到显著提高。50 mA·g^-1电流密度下, 经过350次循环, 可逆比容量保持在383.4 mAh·g^-1, 容量保持率为83.6%; 在500 mA·g^-1电流密度下, 经过350次循环后容量保持率仍能达到72.2%。本研究表明, 中空结构能够提供足够的空间以缓解材料在电化学过程中的体积变化, 进而提高电极材料的循环性能。     

通过引入天然氨基酸基团来设计高容量、长寿命钠离子电池用有机分子电极（英文）

有机电极具有结构可设计性强、容量大、可容纳大离子等优点.然而,在钠离子电池中,有机电极材料的容量仍然很低,且其在有机电解质中的高溶解度导致其寿命较短.如何通过化合物设计来提高其性能一直是研究人员关注的问题.本研究通过简单方法将氨基酸接枝到有机化合物上,提高了其容量和循环稳定性.首先,氨基酸之间的氢键使其形成更稳定的层状结构;氨基酸基团在有机电极材料和羧甲基纤维素粘合剂之间形成分子间相互作用,降低界面阻力,显著提高循环稳定性,使得钠离子电池循环次数超过2000次.其次,实验和计算结果表明,氨基酸基团提供了Na⁺转运途径和额外的可逆存储位点,从而提高了比容量(～300 mA h g^-1).本策略可以启发未来钠离子电池的有机分子设计.     

钠离子电池无粘结剂二氧化钛负极材料的合成

作为电池的重要组成部分,电极材料直接影响电池的能量密度。电极材料在制作过程中往往会添加粘结剂以稳定极片结构,但粘结剂的加入会降低电极材料的比容量,影响其离子迁移速率。通过在经水热反应刻蚀的钛箔/网上原位生长二氧化钛(TiO 2)得到无粘结剂TiO 2/Ti纳米线阵列电极,并系统地研究不同钛基底及水热反应温度对TiO 2/Ti纳米线阵列电极物理性能和电化学性能的影响。结果表明,不同钛基底及水热反应温度均对生长的TiO 2纳米线的形貌和电化学性能有重要影响。其中通过220℃水热反应生长在钛网(0.15 mm)上的TiO 2纳米线呈蛛网状,具有较大的比表面积,属于锐钛矿型TiO 2,储钠过程主要由赝电容效应控制,且具有优秀的电化学性能:首周放电比容量为986 mAh g^-1,库伦效率为21.7%;随后放电比容量逐渐稳定在240 mAh g^-1左右;循环200周后放电比容量仍能达到228 mAh g^-1,库伦效率稳定在99.3%左右;即使在3200 mA g^-1的超大电流密度下,放电比容量仍能达到152 mAh g^-1。无粘结剂电极材料极大可以有限地提升电极材料的比容量,对未来高能量密度电池体系的设计具有一定的理论意义和参考价值。     

原位生长钴基MOF的碳纳米纤维材料的制备及其锂电性能研究北大核心CSCD

金属有机框架(MOFs)材料因其具有高度可控的结构以及可调的孔隙率而在电池材料领域应用广泛。但由于MOFs类材料较低的电导率以及堆叠结构带来的活性位点利用率低等问题使其难以直接用作电极材料。因此,发展MOFs材料电极仍然存在挑战。本文将表面含有Co^(2+)离子的多孔炭纤维在高温高压条件下与含对苯二甲酸根的蒸汽进行反应。通过气-固反应的方法在碳纤维表面原位生长Co-MOF,制备负载纳米级Co-MOF颗粒的碳纳米纤维复合材料,并对该复合材料的结构形貌以及锂电池性能进行分析。多孔碳纤维的引入以及较小尺寸的MOF生成使得复合材料的导电性和稳定性得到了极大的提高。当被用作锂离子电池的负极时,Co-MOF/Pcnf在0.1 A/g的电流密度下循环100次后具有1081 mAh/g的可逆容量;在1 A/g的大电流密度下循环1000次后仍具有623.4 mAh/g的可逆容量。本研究为发展MOFs材料电极提供新的发展思路。     

金属有机骨架材料在锂硫电池正极中的应用

锂硫电池因其具有高的理论能量密度,近年来成为高性能二次电池领域的研究热点。为了有效提升锂硫电池的电化学性能,具有孔径分布可控、孔隙率高以及易于功能化等诸多优点的金属有机骨架(MOFs)材料被广泛探索研究。通过对MOFs材料进行修饰改性,制备的多种MOF复合材料、MOF衍生材料表现出了更优的电化学性能,有效提升了电极反应动力学、改善了电池循环性能。针对当前锂硫电池研究中的关键问题,对各类MOFs材料、MOF复合材料和MOF衍生材料在锂硫电池正极中应用的研究进展进行了综述,并对未来MOF基材料在锂硫电池正极中应用的发展趋势作出了展望。     

消息报道

正宁波材料所在气体吸附分离材料研究中取得新进展金属有机框架材料(MOF)是一类新型的有机-无机杂化多孔晶体材料,具有高比表面积、孔容、孔隙率和孔径可调等特性,在氢气、甲烷和二氧化碳等气体的吸附分离领域受到了广泛关注。近年来很多MOF或MOF/聚合物复合气体分离膜不断被设计与开发出来,然而这些膜材料很难同时兼有气体的高渗透性和高选择性,而且以氧化铝陶瓷管为载体制备的MOF基分离膜很容易产生缺陷,     

钠离子电池负极材料密度泛函理论研究进展

近年来有关钠离子电池的理论计算和实验研究不断增多,其中第一性原理计算的应用及结果引起国内外学者的研究兴趣。综述了密度泛函理论在钠离子电池负极材料中应用的研究进展,主要包括结构模型、电极电势或电池电压、可逆容量、晶格膨胀及其弹性、钠的存在状态、钠离子的扩散行为和电子导电性。随着研究的逐步深入,通过密度泛函理论计算能够给出电极材料可逆储钠性能的系统解释,并在新材料结构和成分设计方面发挥更重要的作用。     

金属氮化物纳米储能材料及其柔性超级电容器

超级电容器具有功率密度高、循环寿命长和安全性高等优点,在储能领域具有巨大的应用前景。如何设计和制备具有优异电容性能的电极材料和电极结构是制备高性能超级电容器的关键。过渡金属氮化物(Mx N,M=Ti,V,Mo,Nb,W)是一类具有开发潜力的优异电化学储能材料。相比碳材料,过渡金属氮化物具有更大的比电容,相比过渡金属氧化物电极材料,过渡金属氮化物表现出更为优异的倍率性能和快速充放电性能。介绍了几种典型的过渡金属氮化物储能材料及其电容特性,利用金属氮化物纳米线高长径比的特征,通过简单真空抽滤的方法,制备了具有良好机械柔性的三维交织的纳米线基薄膜纸电极;结合凝胶电解液,构建了高性能的柔性全固态超级电容器,最后对过渡金属氮化物在超级电容器领域的发展进行了展望。     

去合金化制备具有高循环稳定性的纳米多孔Sb/MCNT储钠负极材料

为提升Sb基负极材料的储钠循环性能, 通过简单的两步法(机械辅助化学合金化和酸溶解去合金化)制备纳米化和多孔化的去合金锑/多壁碳纳米管(De-Sb/MCNT)复合物, 采用不同方法表征材料的物理化学性质和储钠电化学性能。结果显示, De-Sb/MCNT材料的可逆比容量达到408.6 mAh·g^-1 (200 mA·g^-1), 首周库仑效率为69.2%; 在800 mA·g^-1循环330周后, 容量保持率仍可达88%, 展现出优异的储钠循环性能。这得益于机械辅助化学合金化/酸溶解去合金化对商品化Sb的“预粉化”作用, 促进了材料的纳米化和多孔化, 缓解了充放电过程中的体积膨胀, 实现了高的循环稳定性。这种常温合金化/去合金化的方法为制备循环稳定的储钠合金负极材料提供了新的途径。     

MOF新材料产业现状及发展策略

<正>1MOF新材料的性能及用途1.1MOF新材料的定义金属—有机骨架（Metal Organic Frameworks,MOF）材料是由无机结构单元（金属离子或金属簇）与有机配体（羧酸、磷酸酯或含氮配体等）通过配位键连接而成的,具有周期性网状结构的新兴多孔功能材料。MOF中的有机配体称为连接体（linkers）,金属离子或簇称为节点（nodes）,由二者自组装为有周期性结构的配位化合物。     

吩嗪类衍生物用于快速充放电和长寿命的水系钾离子全电池负极（英文）

有机电极材料因具有结构多样性和可持续性,在水系钾离子电池研究领域展示出广阔的前景,但它们大多数存在导电性差、易溶于电解液的问题,导致电极活性物质利用率低、循环稳定性差.本文通过含氮苯环的共轭延申、引入氰基活性中心,获得了3CN-HATN.与经#吩嗪负极相比,3CN-HATN的最低未占据分子轨道能级更低,更容易被还原,且其能带隙较窄,改善了导电性,其共轭结构可有效抑制循环过程中3CN-HATN的溶解.3CN-HATN负极在80 C (1 C=350 mA g^-1)下比容量高达233.8 mA h g^-1,将其与Ni(OH)₂正极匹配,构建的水系钾离子全电池具备优异的循环稳定性和快充性能,30 C下循环10,000圈后容量保持率达81.5%.     

硼酸铵改性碳纳米纤维负极材料制备及储钠性能研究

通过合理的合成路线与微观结构设计，开发具有高比容量和柔性的钠离子电池负极材料，是当前的难点。采用静电纺丝制备自支撑碳纳米纤维膜，利用不同浓度的硼酸铵溶液对纤维膜进行改性，研究了浸渍溶液浓度和热处理温度对碳纳米纤维膜相组成、微观形貌及储钠性能的影响。结果表明：低浓度硼酸铵溶液改性并未改变纤维膜三维相互交错的空间结构，但纤维膜表面粗糙程度增加，使改性后的碳纳米纤维缺陷和活性点位增多并减小了碳层间距。采用0.02mol/L硼酸铵溶液浸渍改性和600℃热处理后得到的碳纳米纤维膜作为钠离子电池自支撑负极时，可获得最优的储钠性能。在100mA/g电流密度下，该电池初始充比容量为354.7mAh/g,循环100周后电池的可逆充放电比容量为316.8mAh/g,表现出优异的储钠性能。     

择优取向SnS2纳米片的可控制备和储钠性能研究

作为储钠负极材料,二硫化锡(SnS_2)来源广泛,且具有较高的理论比容量(837 mAh/g)。然而由于其晶体结构的各项异性,充放电过程中Na~+嵌入和脱出存在方向性,因此,可控调节SnS_2片层材料生长方向,并深入研究生长取向对电化学性能的影响机理至关重要。采用水热法,于SnS_2材料生长过程中引入表面活性剂聚乙二醇(PEG),制备具有不同生长取向的SnS_2片层材料,其中以(101)面择尤生长的SnS_2纳米片可以提供较丰富的电化学反应活性位点以及快速的Na~+迁移路径,从而加快电极反应动力学,因此电极表现出优异的倍率特性:在0.1 A/g电流密度下的可逆比容量为367 mAh/g,在更大电流密度2 A/g下的比容量依然有284 mAh/g。     

基于共轭有机硼化合物的多功能发光材料的分子设计

设计了6种可作有机发光二极管(OLEDs)发光材料和空穴传输材料的π-共轭有机硼化合物。利用密度泛函(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)方法研究了它们的前线分子轨道、吸收光谱、荧光光谱以及电荷传输性质。通过前线分子轨道分析发现,所设计化合物的吸收和荧光发射导致的电子跃迁具有明显的分子内电荷转移特性。引入不同的π-共轭桥影响化合物的前线分子轨道能量、能隙、光学和电荷传输性质。同时,预测了所设计化合物的电子和空穴的迁移率。研究结果表明,所设计的π-共轭有机硼化合物有望成为性能良好的有机发光二极管的发光材料和空穴传输材料。     

金属有机框架材料在吸附分离领域的研究进展

纳米多孔材料由于具有显著的纳米尺度空间效应,在吸附以及膜分离领域中受到了极大的关注.作为无机多孔材料的延伸,金属有机框架材料(metal organic framework,MOF),由于其较大的比表面积、较高的孔隙率和孔结构可调的特点被广泛地应用于气相储存分离、液相的吸附分离和催化反应等各个领域.本文对MOF的种类进行了分类,并对MOF材料的合成方法和粒径调控机理进行了比较,其中,重点介绍了溶剂热合成法的优点.同时,系统地总结了MOF材料在吸附分离研究中存在的问题和局限,并对先进的基于MOF材料的复合膜制备技术进行了展望;总结了MOF在气体储存分离、液体吸附分离以及膜分离方面的应用.最后,针对复合膜的制备提出了通过改变MOF合成方式改善MOF材料与有机膜相容性的思路.     

MOF复合材料的制备及应用研究进展

金属有机骨架材料(MOFs)是一种由金属离子与有机配体自组装而成的新型多孔骨架材料。将高孔隙率、结构可调的MOFs材料与其他功能材料结合构建复合材料,可以发挥超于原材料的优良特性。金属有机骨架(MOF)复合材料作为新型功能材料发展迅速,并应用于气体吸附、分离与存储、催化、气体传感、药物传输等方面,甚至因两种材料间的相互作用而产生的协同效应将应用领域延伸至燃料电池、电催化等。简单介绍了MOF复合材料的种类,与MOFs构建复合材料的材料包括碳基材料、有机高分子材料、多金属氧酸盐、金属纳米颗粒、金属氧化物、SiO_2材料、量子点、生物酶等。分析了各种MOF复合材料在气体吸附与存储、多相催化、化学传感等领域的应用。最后,对MOF复合材料的应用前景进行了展望,功能化、低成本、易于工业化生产的MOF复合材料是今后研究开发的方向。