金属有机框架衍生的空心碳纳米笼的结构调控与锂硫电池性能研究

编号：CYYJ03043

篇名：金属有机框架衍生的空心碳纳米笼的结构调控与锂硫电池性能研究

作者：何家伟 焦柳 程雪怡 陈光海 吴强 王喜章 杨立军 胡征

关键词： 锂硫电池 正极材料 金属有机框架衍生碳纳米笼 电催化 限域效应

机构： 南京大学化学化工学院介观化学教育部重点实验室

摘要： 锂硫电池因其高理论比容量、低成本与环境友好等优点吸引了广泛的研究兴趣, 但实际应用仍受硫的利用率偏低、穿梭与极化效应严重等问题的制约. 本研究以金属有机框架材料为前体, 通过单宁酸蚀刻ZIF8、ZIF67和ZIF8@ZIF67@ZIF8颗粒产生空心内腔, 再经热解与碳化处理制得了粒径相近、笼壁组成与结构不同的三种空心碳纳米笼. 填充硫后用作锂硫电池的正极材料, ZIF8@ZIF67@ZIF8衍生的碳纳米笼展现出最优的性能, 在0.1 C时放电比容量达到1010 mAh•g-1, 在1 C时仍可保留664 mAh•g-1;在0.5 C下循环300圈后仍可保留492 mAh•g-1, 显著优于ZIF8与ZIF67衍生的碳纳米笼对比样. 前者优异的性能源于其特殊的笼壁结构与组成: 前体中Co的存在可提高其导电性, Zn物种的蒸发带来大的比表面积和丰富的微孔/介孔, 有利于硫的填充以及Co物种与活性硫物种的接触及催化转化, 从而有效地抑制穿梭与极化效应, 提高正极中硫的利用率, 表现出更优的锂硫电池性能.