一种MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料及其制备方法和应用，制备方法：将铋盐、铁盐依次溶于醇类溶剂中形成均匀溶液，然后加入碱性沉淀剂，溶液发生沉淀反应，经抽滤、洗涤、烘干后得到铁酸铋前体；采用硝酸镍、1,3,5

【技术实现步骤摘要】
一种MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及铁酸铋复合材料
，具体涉及一种MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，开发利用可再生资源与绿色材料是替代传统的煤、石油等化石资源，实现碳达峰碳中和最有效途径之一。锂离子电池是目前最常见的可充电电池之一，目前在国内外已被广泛应用于各种电子设备中，但是地球上金属锂储量有限，钠离子电池无毒、钠元素价格低廉、资源丰富，被认为是最有可能取代传统锂离子电池的候选者。
[0003]钙钛矿型铁酸铋(BiFeO3)是首次发现的单相多铁性材料，放电容量接近1000mAh/g，具有较高的理论容量和循环性能。在铁电、传感、光催化领域应用较多，然而在钠离子电池领域鲜有报道。BiFeO3晶体具有八面体结构，目前报道的BiFeO3合成方法众多，所得产物颗粒尺寸达到微米级别。然而，由于其存在导电性差，衰减较快，影响其应用。

技术实现思路

[0004]为了解决铁酸铋材料导电性差且应用于电池中出现容量衰减快的技术问题，而提供一种MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料及其制备方法和应用。本专利技术通过将MOF基材料与铁酸铋前体混合后煅烧制得复合材料，均匀包覆的有机金属框架材料能够在电池充放电过程中有效活化原本接近绝缘的电极材料，从而改善导电性能，提高电化学性能。
[0005]为了达到以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)将铋盐、铁盐依次溶于醇类溶剂中形成均匀溶液，然后加入碱性沉淀剂溶液发生沉淀反应，抽滤、洗涤、烘干后得到铁酸铋前体；
[0008](2)将硝酸镍、1,3,5
‑
苯三甲酸共同溶于等体积比的N,N
‑
二甲基甲酰胺和乙二醇的混合液中，搅拌均匀后于100
‑
160℃进行微波辅助溶剂热反应20
‑
120min，反应结束后冷却、洗涤、烘干得到MOF
‑
Ni；
[0009](3)将所述铁酸铋前体与所述MOF
‑
Ni混合均匀后于惰性气体下、400
‑
600℃煅烧3
‑
5h获得MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料。
[0010]进一步地，步骤(1)中所述铋盐为硝酸铋；所述铁盐为硝酸铁、氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁中的一种；所述醇类溶剂为乙二醇；所述碱性沉淀剂溶液为氢氧化钠溶液、氨水、碳酸钠溶液中的一种或多种。
[0011]进一步地，步骤(1)中所述铋盐与所述铁盐的摩尔比为1:(1
‑
1.05)；所述铋盐与所述铁盐的总质量与所述醇类溶剂的体积比为(0.6
‑
1)g:50mL；所述碱性沉淀剂溶液的加入量为使得反应体系pH值为9
‑
12。
[0012]进一步地，步骤(2)中所述硝酸镍、所述1,3,5
‑
苯三甲酸、所述混合液的用量比例为(0.95
‑
1.05)mol:(1.05
‑
1.15)mol:(50
‑
100)L；步骤(2)微波辅助的功率为1KW、压力为1
‑
4MPa。
[0013]进一步地，步骤(3)中所述铁酸铋前体与所述MOF
‑
Ni的质量比为(1.5
‑
2.8):(2.5
‑
5)。
[0014]本专利技术另一方面提供由上述制备方法制得的MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料。
[0015]本专利技术最后一方面提供上述制备方法制得的MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料应用于钠离子电池的电极材料。
[0016]有益技术效果：
[0017]本专利技术的MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料作为钠离子电池电极材料具有比容量高、倍率性能高、稳定性好的有点。本专利技术通过有机金属框架材料对铁酸铋修饰，获得的产物具有较大的比表面积以及较高的电导率，可为钠离子电池提供更多的反应位点，增加反应接触面积，缩短钠离子的扩散距离，使得电解质更容易渗透到电极，使其能够有效改善库伦效率，提高充放电平台，提高电导率，从而有效地减缓容量的衰减，表现出良好的循坏性能和倍率性能。
[0018]本专利技术MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料具有较好的结构稳定性，制备方法简单，易操作，加热方式均匀，升温速度快，大大缩短了反应时间，提高了效率，在应用于工业化生产有着广阔前景。
附图说明
[0019]图1为实施例1的MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料的XRD图。
[0020]图2实施例1步骤(2)产物与步骤(3)产物煅烧后的SEM形貌图，其中(a)表示步骤(3)产物MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料，(b)表示步骤(2)产物MOF基NiO。
[0021]图3为实施例1的MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料作为电极材料组装的钠离子电池在电流密度下的恒流循环效率图，(a)为200mA/g电流密度下的恒流循环效率图，(b)为1000mA/g电流密度下的恒流循环效率图。
[0022]图4为实施例1的MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料和纯BiFeO3分别在不同电流密度下的倍率性能对比图。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术的实施例和附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本专利技术的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
[0025]以下实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定；若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、或相关企业提出的标准要求进行。除非另有说明，否
则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比。
[0026]实施例1
[0027]一种MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料的制备方法及应用，包括如下步骤：
[0028](1)称取0.485g五水合硝酸铋，加入50mL乙二醇溶液，搅拌至澄清后加入0.404g九水合硝酸铁，溶解一段时间后，用2mol/L的氢氧化钠溶液调节反应体系pH值为9，产生大量棕褐色沉淀物，静置一段时间后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将铋盐、铁盐依次溶于醇类溶剂中形成均匀溶液，然后加入碱性沉淀剂溶液发生沉淀反应，抽滤、洗涤、烘干后得到铁酸铋前体；(2)将硝酸镍、1,3,5
‑
苯三甲酸共同溶于等体积比的N,N
‑
二甲基甲酰胺和乙二醇的混合液中，搅拌均匀后于100
‑
160℃进行微波辅助溶剂热反应20
‑
120min，反应结束后冷却、洗涤、烘干得到MOF
‑
Ni；(3)将所述铁酸铋前体与所述MOF
‑
Ni混合均匀后于惰性气体下，400
‑
600℃煅烧3
‑
5h获得MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料。2.根据权利要求1所述的一种MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述铋盐为硝酸铋；所述铁盐为硝酸铁、氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁中的一种；所述醇类溶剂为乙二醇；所述碱性沉淀剂溶液为氢氧化钠溶液、氨水、碳酸钠溶液中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种MOF基NiO@BiFeO3/C复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述铋盐与所述铁盐的摩尔比为1:(1
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋忠诚，包颖智，孙丽侠，邢旭，黄皓，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：