本发明专利技术公开了一种以MOF为模板制备金属氧化物的方法，包括如下步骤：(1)有机配体H2PBI的合成；(2)金属‑有机框架配合物(MOFs)的合成；(3)多孔的金属氧化物的合成。与传统的锂离子电池负极材料(石墨)相比，本发明专利技术在比容量方面有很大的提高，经过一百次充放电循环，比容量由372mAh/g提高到745mAh/g，相比于传统的金属氧化物作为锂离子电池负极材料，此发明专利技术在稳定性方面有很大的提高，经过一百次充放电循环，其比容量几乎没有改变，相对于传统的制备金属氧化物的方法，这种制备方法更简单、有效。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池负极材料的应用领域，具体涉及一种以MOF为模板制备金属氧化物的方法。
技术介绍
锂离子电池由于有高能量密度、高输出电压、无记忆效应和无环境污染等优点，得到越来越多的应用。不仅仅可以应用于各种便携式电子设备，在作为电动汽车动力电源和太阳能、风能等新能源的储能设备方面都有很大应用前景。目前商业化的锂离子电池广泛使用的负极主要是石墨类材料。但石墨理论容量低且有安全性问题，因此高理论容量、安全性好的新型负极材料得到越来越多的关注。氧化物负极材料具有理论容量高、循环性能好、安全性能高等优点，是替代石墨作为锂离子电池负极的理想材料。但是，导电性差、不可逆容量大和充放电前后体积变化大等问题制约其得到实际应用。
技术实现思路
研究表明金属氧化物作为锂离子电池的负极材料，在导电性能、安全性能、容量方面具有很好的性能，是良好的锂离子电池负极材料，而多孔的金属氧化物材料作为锂离子电池的负极材料展现出高容量、高稳定性等优良电化学性能。本专利技术中，金属有机框架(MOFs)是一类有机无机杂化材料，是有机配体与金属离子通过自主装形成的具有周期性网络结构的晶体材料，具有高孔隙率、大比表面积、规则孔道、骨架大小可调节等结构特点。MOFs在气体吸附分离、
发光材料、催化性能等方面表现出良好的应用行性能。由于构成MOFs的有机配体的多样性以及可塑性，可以设计孔径不同MOFs材料，将MOFs经过高温煅烧后，可祛除其中的氧、碳及氮，从而得到多孔的的碳材料。已有研究表明，多孔的金属氧化物应用在锂离子电池负极材料中的比容量的大小取决于金属氧化物的种类与孔径。本专利技术公开了一种高比容量锂电池负极材料的制备方法，即，以MOF为模板制备金属氧化物的方法，包括如下步骤：(1)有机配体H2PBI的合成；(2)金属-有机框架配合物(MOFs)的合成；(3)多孔的金属氧化物的合成；其中，所述有机配体H2PBI为5-(3-Pyridin-3-yl-benzoylamino)-isophthalic acid，即，(5-(3-吡啶-3-基-苯甲酰氨基)间苯二酸)。与传统的锂离子电池负极材料(石墨)相比，本专利技术在比容量方面有很大的提高，经过一百次充放电循环，比容量由372mAh/g提高到745mAh/g，相比于传统的金属氧化物作为锂离子电池负极材料，此专利技术在稳定性方面有很大的提高，经过一百次充放电循环，其比容量几乎没有改变，相对于传统的制备金属氧化物的方法，这种制备方法更简单、有效。由于有机配体的多样性以及可设计性，我们可根据需要的元素或者元素的含量，设计有机配体，从而得到不同的MOF材料，进而得到不同孔径种类的金属氧化物。具体地，所述步骤(1)中，有机配体H2PBI通过以下步骤制得：a.按照3-溴吡啶：3-羧基苯硼酸：四三苯基膦钯的摩尔比为8.786：8.783：0.5，先后向第一反应容器加入3-溴吡啶、3-羧基苯硼酸和四三苯基膦钯，然后按照所加入的3-溴吡啶的份量，每8.786mmol的3-溴吡啶向第一反应容器对应加入0.4mol/L的碳酸钠溶液45ml，将反应在90℃无氧条件下加热搅拌；待反
应后，将第一反应容器冷却至室温，并用稀盐酸稀释至pH＝1；得到白色沉淀物并在常温下过滤，并用水洗涤、烘干，得到白色固体；b.将所得白色固体加入第二反应容器，再按照步骤a所加入的3-溴吡啶的份量，每8.786mmol的3-溴吡啶向第二反应容器对应加入新制氯化亚砜25ml，第二反应容器在80℃下回流，反应完全后向第二反应容器中鼓吹N2，然后得到淡黄色固体；c.将所得淡黄色固体加入到第三反应容器中，再按照步骤a所加入的3-溴吡啶的份量，每8.786mmol的3-溴吡啶向第三反应容器依次对应加入DMAc溶液40ml，5-氨基间苯二甲酸8.464mmol和4-氨基吡啶2.3mmol，在冰水浴下搅拌，得到乳白色胶状溶液；d.将所得乳白色胶状溶液倒入承有蒸馏水的第四反应容器中，按照步骤a所加入的3-溴吡啶的份量，每8.786mmol的3-溴吡啶则所述蒸馏水为200ml，搅拌，反应完全后，减压过滤得到白色固体，即为所述有机配体H2PBI。具体地，所述步骤(2)，所述金属-有机框架配合物MOFs通过以下步骤获得，将所述步骤(1)的有机配体H2PBI与Mn(NO3)2溶解在C2H5OH和DMF溶剂中，将所述混合液放在聚四氟乙烯的反应釜中，在100℃温度范围内加热反应三天，冷却至室温得到所述金属-有机框架配合物MOFs。具体地，所述步骤(1)中，所述多孔的金属氧化物通过以下方法获得，将所述金属-有机框架配合物MOFs放置在管式炉中，在空气氛围下900℃加热8小时，既得所述多孔的金属氧化物。优选地，所述H2PBI和Mn(NO3)2的摩尔比：1:(1-2.5)。优选地，所述步骤(3)多孔金属氧化物的合成，温度的控制500-1100℃进一步，所述步骤a的搅拌速度为500r/min。进一步，所述步骤c的搅拌速度为500r/min。进一步，所述步骤d的搅拌速度为500r/min。作为本专利技术的另一个解决技术问题的方案，将上述方法制备得的金属氧化物作为锂电池负极材料。与现有技术相比，具有如下积极效果：1、本专利技术比较传统的锂离子电池负极材料(石墨)，比容量方面有很大的提高，经过一百次充放电循环，比容量由372mAh/g提高到745mAh/g相比于传统的石墨作为锂离子电池负极材料。2、本专利技术在稳定性方面有很大的提高，经过一百次充放电循环，几乎没有下降，相对其它多孔的金属氧化物，这种多孔氧化物的方法更简单、有效。3、本专利技术中，由于有机配体的多样性以及可设计性，我们可根据需要的元素或者元素的含量，设计有机配体，从而得到不同的MOF材料，进而得到不同孔径种类的金属氧化物。4、商业石墨材料作为锂离子电池的负极材料，在稳定性、倍率性能表现突出，但是其匹配性较差，比容量(372mAh/g)还是太小，不能满足电池发展的需要。而本专利技术成功合成一种新型的MOFs材料，经过处理得到一种多孔的氧化物材料，将其作为锂离子电池的负极材料，成功提高了锂离子电池的比容量(745mAh/g)。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。附图说明图1是本专利技术中有机配体H2PBI的合成反应步骤示意图。图2是本专利技术中Mn-MOFs的合成反应步骤示意图。图3是本专利技术中Mn-MOF的结构分析图。图4是本专利技术中Mn-MOF在900℃空气氛围煅烧后的结构分析图，是此MOF在900℃空气氛围下煅烧后的PXRD图，从图中可以明显看到MnO的五个峰，说明此材料是多孔的MnO材料。图5是本专利技术中多孔的MnO材料作为锂离子电池负极材料的容量电压图。图6是本专利技术中多孔的MnO材料作为锂离子电池负极材料充放电循环图。图7是本专利技术中多孔的MnO材料作为锂离子电池负极材料倍率图。具体实施方式本专利技术的高比容量锂电池负极材料的制备方法，即，以MOF为模板制备金属氧化物的方法，包括如下步骤：如图1所示，步骤(1)，有机配体H2PBI合成，其中，所述有机配体H2PBI为5-(3-Pyridin-3-yl-benzoylamino)-isophthalic acid，合成有机配体H2PBI通过以下步骤：a.取规格100本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以MOF为模板制备金属氧化物的方法，其特征在于，其步骤为：(1)有机配体H2PBI的合成；(2)金属‑有机框架配合物MOFs的合成；(3)多孔的金属氧化物的合成。
【技术特征摘要】
1.一种以MOF为模板制备金属氧化物的方法，其特征在于，其步骤为：(1)有机配体H2PBI的合成；(2)金属-有机框架配合物MOFs的合成；(3)多孔的金属氧化物的合成。2.如权利要求1所述以MOF为模板制备金属氧化物的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，有机配体H2PBI通过以下步骤制得：a.按照3-溴吡啶：3-羧基苯硼酸：四三苯基膦钯的摩尔比为8.786：8.783：0.5，先后向第一反应容器加入3-溴吡啶、3-羧基苯硼酸和四三苯基膦钯，然后按照所加入的3-溴吡啶的份量，每8.786mmol的3-溴吡啶向第一反应容器对应加入0.4mol/L的碳酸钠溶液45ml，将反应在90℃无氧条件下加热搅拌；待反应后，将第一反应容器冷却至室温，并用稀盐酸稀释至pH＝1；得到白色沉淀物并在常温下过滤，并用水洗涤、烘干，得到白色固体；b.将所得白色固体加入第二反应容器，再按照步骤a所加入的3-溴吡啶的份量，每8.786mmol的3-溴吡啶向第二反应容器对应加入新制氯化亚砜25ml，第二反应容器在80℃下回流，反应完全后向第二反应容器中鼓吹N2，然后得到淡黄色固体；c.将所得淡黄色固体加入到第三反应容器中，再按照步骤a所加入的3-溴吡啶的份量，每8.786mmol的3-溴吡啶向第三反应容器依次对应加入DMAc溶液40ml，5-氨基间苯二甲酸8.464mmol和4-氨基吡啶2.3mmol，在冰水浴下搅拌，得到乳白色胶状溶液；d.将所得乳白色胶状溶液倒入承有蒸馏水的第四反应容器中，按照步骤a所加入的3-溴吡啶的份量，每8.786mmol的...
【专利技术属性】
技术研发人员：林晓明，牛继亮，胡磊，蔡跃鹏，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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