基于MOFs合成Co-空心-核殼結構@石墨烯復合材料、表征及性能研究.pdf

1、本文以金屬有機框架化合物（MOFs）和沸石咪唑酯骨架結構（ZIFs）作為熱解前驅體，通過溶劑熱-熱解方法合成了金屬單質/金屬氧化物-碳殼-石墨烯（GO）納米復合碳材料；其次通過溶劑熱法制備出被GO包裹的球形ZIFs結構，空氣中熱解形成多層、雙層的納米空心球結構。將所制備的復合碳材料分別用于催化硼氫化鈉（NaBH4）水解制氫和鋰離子電池（LIBs）負極材料，均具有較好的性能。
　　首先，以多種形狀Co-MOFs作為熱解前驅體，合成負

2、載在還原氧化石墨烯（rGO）上的核-多層殼復合碳材料。Co-MOFs中的Co離子由配體對苯二甲酸（PTA）產生的碳包裹，在熱解過程中，合成單組份Co@CG和Co@N-CG的納米復合材料。200 ℃空氣中熱處理后，Co NPs表面上的部分Co（0）被部分氧化成CoOx，形成包裹在Co核表面上的第一層殼，同時碳殼變成第二層殼得到Co@CoOx@CG和Co@CoOx@N-CG。在不加入GO的情況下Co@CoOx@C和Co@CoOxN-C通過相

3、同的方法合成。Co@CoOx@XX四種材料經過X射線衍射（XRD）、X射線光電子能譜（XPS）、拉曼光譜（Raman）、透射電鏡（TEM）等表征進行分析后確定是多組分的核-殼結構的納米復合材料，在催化NaBH4產氫方面表現出了優(yōu)異的性能。其中Co@CoOx@CG在30 ℃下達到5560 mL?min?1?gCo?1超高的產氫速率。通過對其MH表征分析復合材料的鐵磁性的特征，使其通過磁力傳輸自攪拌催化產氫，比在有磁子的條件下的催化活性要高

4、，單次催化NaBH4產氫完后即可恢復吸附能力，重復5次后催化性能并沒有明顯降低。這種裝配-熱解-氧化的合成步驟為制備新的碳包裹納米復合材料提供一個新的思路。
　　其次，通過加入PVP使ZIF-12變成球形，ZIFs熱解后合成了由碳摻雜的多層四氧化三鈷（Co3O4）納米空心球碳復合材料（CHS@C），GO的加入使得在熱解過程中熱量傳遞加快，形成雙層的結構，而GO會轉化為碳，包裹在碳摻雜的雙層Co3O4的納米中空球狀結構表面（CHS@

5、CG）。CHS@CG和CHS@CG兩者中間摻雜的碳都來源于配體苯并咪唑，改善了其導電性和結構穩(wěn)定性， CHS@CG最外層的碳能夠保護其在充放電的過程中過度膨脹而造成結構的破壞。對上述納米空心球結構進行了XRD、Raman、XPS、EA和TEM等各項表征以及鋰離子電池性能的測試。CHS@CG復合材料在0.2 C循環(huán)400次放電比容量仍可達到831 mAhg1，在恒流充放電過程中，庫侖效率幾乎達到100％，表現出較好的可逆循環(huán)性能。該合成方