【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池材料，具体涉及一种氮掺杂空心mof材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着现代社会能源消耗的不断增加，设计先进的储能设备，实现可持续发展至关重要。目前占主导地位的锂离子电池因其安全和成本问题而受到限制。低成本和高安全性的水性锌基电池为大规模储能提供了新的机会。
2、在水系锌基电池中，锌碘电池因其原料碘在海水中的高含量（每公升海水中碘含量为55 μg）和高比容量（211 mah g-1）而越来越受重视。与锌溴电池相比，碘的挥发性、腐蚀性和毒性要小得多。研究表明，i3-/i-偶极子的转化动力学要也要比br2/br-偶极子的转化动力学快得多。此外，锌碘电池提供中等高的输出电压为1.30 v。在这种电压下，通过水分裂产生的能量损失可以忽略不计。虽然锌碘电池还在实验室规模的测试中，而且它们的性能还需要在更大规模的系统中进行进一步的测试和验证，但研究结果表明，作为一种通用的电网储能候选材料，它有广阔的前景。
3、但是锌碘电池中碘与碘离子易反应生成可溶性碘离子，如i3-和i5-。聚碘化物(ix-)溶解到电解质中，导致带电物质的损失，迁移至正极与锌反应，导致自放电严重，库伦效率低。另外动力学差、热稳定性差等缺点也同样影响锌碘电池的性能。因此，开发高性能锌碘电池正极材料仍然是非常有必要的。
技术实现思路
1、针对上述现有技术，本专利技术提供一种氮掺杂空心mof材料及其制备方法和应用，以解决现有锌碘电池能量密度低、倍率性能差的技术问题。
2、为
3、s1：将六水合硝酸锌和2-甲基咪唑共溶于溶剂中，然后陈化，再分离、干燥，得zif-8前驱体；
4、s2：将zif-8前驱体与鞣酸溶液混合，室温静置5~15 min，然后分离、干燥，得刻蚀zif-8；
5、s3：在惰性气氛中，采取程序升温方式将刻蚀zif-8升温至900 ℃，并保温110~130min，得氮掺杂空心mof材料。
6、本专利技术采取上述技术方案的有益效果是：本专利技术以六水合硝酸锌作为锌源，其具有优良的活泼性能，相比于其他锌源，可以更快的成核，从而生成粒径更小的zif-8颗粒，而减小zif-8颗粒的尺寸可以有效地缩短扩散长度，从而提高前驱体的产率；而2-甲基咪唑则可以脱质子形成与锌离子的连接单元，从而组合形成zif-8晶体，通过共价键形成的zif-8晶体中氮元素分布均匀且规律，为之后的碳化氮掺杂提供了良好的氮环境，可以有效保证掺杂的均匀性。
7、本专利技术采用鞣酸作为刻蚀酸，鞣酸是大分子弱有机酸，其相对较大的分子尺寸可以阻塞zif-8前驱体的孔隙，从而保护zif-8前驱体免于完全坍塌，具体来说，鞣酸大分子可以附着在zif-8前驱体表面，使zif-8前驱体表面由疏水性变为亲水性；然后，自由的h+离子能够穿透zif-8前驱体。附着的鞣酸分子阻断zif-8前驱体的暴露表面，从而保护zif-8前驱体的外部部分免受进一步的蚀刻。大部分自由h+离子被限制在zif-8前驱体的中心或特定位置；最后，经过煅烧后可以得到具有本征晶体框架的空心mof晶体。
8、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
9、进一步，六水合硝酸锌与2-甲基咪唑的摩尔比为1:5~10；溶剂为甲醇，所得溶液中六水合硝酸锌的浓度为0.1 mol/l。
10、进一步，陈化包括以下步骤：室温下以300~400 rpm的搅拌速率搅拌20~25 h。
11、进一步，s1中干燥温度为55~65 ℃，干燥时间为10~15 h。
12、进一步，鞣酸溶液的浓度为5~10 g/l。
13、进一步，s2中zif-8前驱体与鞣酸溶液的混合包括以下步骤：将zif-8前驱体分散于乙醇中，得到浓度为0.04 g/ml的分散液，然后在搅拌条件下将鞣酸溶液加入到分散液中；搅拌速率为300~400 rpm，混合体系中zif-8前驱体与鞣酸的质量之比为1:2~3。
14、进一步，s2中干燥温度为55~65 ℃，干燥时间为10~15 h。
15、进一步，s3中程序升温方式为：先以5 ℃/min的升温速率将刻蚀zif-8升温至300~400 ℃，并保温45~60 min，然后以5 ℃/min的升温速率升温至900 ℃。
16、本专利技术还公开了采用上述制备方法制得的氮掺杂空心mof材料。
17、本专利技术还公开了氮掺杂空心mof材料在制备锌碘电池中的应用。
18、本专利技术的有益效果是：
19、1、本专利技术所制得的氮掺杂空心mof材料具有丰富的孔隙结构，活性位点较多，可作为锌碘电池正极碘单质的宿主导电材料，能够极大的减少碘的溶解，从而有效抑制锌枝晶的形成；并且，氮掺杂空心mof材料的多孔结构和较大的表面积可以形成大量的离子通道，不仅缩短了电解质的纵向扩散长度，而且能够实现快速可逆的界面i-/i3-转化过程。
20、2、本专利技术中的氮掺杂空心mof材料制备原料易得，并且制备方法操作简单，重复性好，所得产物纯度较高。
21、3、本专利技术所得氮掺杂空心mof材料结构规则，稳定性良好，作为锌碘电池的正极材料可以提升锌碘电池的容量和倍率性能。
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1.一种氮掺杂空心MOF材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述六水合硝酸锌与2-甲基咪唑的摩尔比为1:5~10；所述溶剂为甲醇，所得溶液中六水合硝酸锌的浓度为0.1 mol/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述陈化包括以下步骤：室温下以300~400 rpm的搅拌速率搅拌20~25 h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S1中干燥温度为55~65 ℃，干燥时间为10~15 h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述鞣酸溶液的浓度为5~10 g/L。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S2中ZIF-8前驱体与鞣酸溶液的混合包括以下步骤：将ZIF-8前驱体分散于乙醇中，得到浓度为0.04 g/mL的分散液，然后在搅拌条件下将鞣酸溶液加入到分散液中；搅拌速率为300~400 rpm，混合体系中ZIF-8前驱体与鞣酸的质量之比为1:2~3。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S2中干燥温度为
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S3中程序升温方式为：先以5 ℃/min的升温速率将刻蚀ZIF-8升温至300~400 ℃，并保温45~60 min，然后以5 ℃/min的升温速率升温至900 ℃。
9.一种氮掺杂空心MOF材料，其特征在于：采用权利要求1~8任一项所述的制备方法制得。
10.权利要求9所述氮掺杂空心MOF材料的应用，其特征在于：所述应用为将氮掺杂空心MOF材料用于制备锌碘电池中。
...【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂空心mof材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述六水合硝酸锌与2-甲基咪唑的摩尔比为1:5~10；所述溶剂为甲醇，所得溶液中六水合硝酸锌的浓度为0.1 mol/l。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述陈化包括以下步骤：室温下以300~400 rpm的搅拌速率搅拌20~25 h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：s1中干燥温度为55~65 ℃，干燥时间为10~15 h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述鞣酸溶液的浓度为5~10 g/l。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，s2中zif-8前驱体与鞣酸溶液的混合包括以下步骤：将zif-8前驱体分散于乙醇...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚卫棠，赖鑫，苗小强，安旭光，张靖，孔清泉，
申请(专利权)人：成都大学，
类型：发明
国别省市：
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