金属有机框架衍生的钴基金属氧化物材料的合成及其在水系锌离子电池中的实验

李汉华

摘要：随着社会经济的发展、全球能源需求的不断增长以及环境污染问题日显突出，绿色能源的开发利用以及储存受到广泛关注。在众多的水系离子电池中，由于原材料丰富、无毒、耐腐蚀、以及优越的安全性，锌离子电池（ZIBs）已经成为研究的热点。ZIF-67作为MOFs材料中的一种，具有大表面积、高孔隙率以及独特的三维立体结构等优点，其衍生物在保留原有形貌、较大的比表面积和孔隙率等基础上还改善了金属化合物的导电性，被广泛应用于电化学储能器件方面。

关键词：锌离子电池;材料表征;电化学性能

实验方法

1 实验试剂

本毕业论文实验中使用的试剂及材料如表1所示。

2 实验内容

本实验计划通过将镍的金属盐（Co（NO3）2·6H2O）与有机配体（2-甲基咪唑）进行反应合成三维多孔结构的ZIF-67材料，然后对合成的ZIF-67晶体在氩气氛围中进行高温碳化，然后在空气中将钴单质氧化，即可得到具有氮掺杂的C@CNT/Co3O4纳米复合材料，同时在同等参数下制备氧化时间为1 h，3 h，5 h的氮掺杂C@CNT/Co3O4纳米复合材料。具体实验流程如下：

（1）ZIF-67的制备：用电子天平分别称取1.16 g六水合硝酸钴以及20 mg CTAB，将以上两种药品混合溶解于装有40 mL去离子水的烧杯中，另外称取18.16 g 2-甲基咪唑溶解于280 mL去离子水中，将两烧杯中的溶液混合搅拌1 h得到紫色浑浊溶液，在8000转/min的条件下离心5 min，并用无水乙醇洗涤3-5次，之后将所得样品在60 ℃条件下干燥，最终得到紫色的ZIF-67晶体。

（2）C@CNT/Co3O4纳米复合材料的制备：将制得的ZIF-67晶体，在氩气氛围，2 ℃/min的升温速率，800 ℃条件下碳化一小时，接着在空气中，5 ℃/min的升温速率，300 ℃条件下分别氧化1 h，3 h，5 h，最后得到不同反应时间的C@CNT/Co3O4纳米复合材料。……