cus@cubtc复合材料的制备及其电化学性能研究(附件)【字数：14509】
摘 要摘 要金属有机骨架材料具有超高的比表面积、结构多样性和多孔性等优点，使其在电化学储能材料方面具有很大的发展潜力，但是MOFs的导电性一般不是很好。为了将不导电的金属有机骨架（MOFs）应用在锂离子电池中，在三维Cu3(BTC)2·(H2O)3（简称Cu-BTC）中引入不同含量的 CuS纳米颗粒。当复合材料中纳米CuS含量增加时，材料电导率呈指数增加，其中，CuS(3h)@Cu-BTC材料的电导率约为原始Cu-BTC的2.08×108倍，但随着CuS含量增加，材料的孔隙率逐渐降低。材料的孔隙率越大越有利于锂离子的嵌入和脱出，所以需要通过控制纳米CuS含量来微调孔隙率和电导率这两个因素，使其更好的应用于锂离子电池等电化学储能系统中。首先制备出Cu-BTC颗粒，然后在Cu-BTC中引入纳米CuS颗粒制备CuS@Cu-BTC复合材料。对制备出的Cu-BTC和CuS@Cu-BTC复合材料进行XPS，XRD、SEM和N2 等温吸附脱附等对其结构进行表征分析，选用CuS(3h)@Cu-BTC材料组装电池并进行了循环伏安(CV)、充放电循环性能、倍率性能和阻抗谱等电化学性能测试。控制合成的CuS(3h)@Cu-BTC显示出较好的锂电性能。关键词Cu-BTC；CuS；锂离子电池；电化学性能
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 有机金属骨架材料 2
1.2.1 MOFs材料的特点 2
1.2.2 MOFs的主要应用 3
1.2.3 MOFs的研究进展 4
1.3 锂离子电池 5
1.3.1锂离子电池简介 5
1.3.2 锂离子电池的性能特点 5
1.3.3 锂离子电池负极材料概述 6
1.4 选题目的及意义 8
1.5 研究内容 8
第二章 实验部分 10
2.1 实验试剂与仪器 10
2.1.1 实验试剂 10
2.1.2 实验仪器 11
2.2 样品的制备过程 11
2.3 材料的表征 12
2.3.1 X射线衍射分析（XRD） 12
2.3.2 扫描电子显微镜（ *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
SEM） 12
2.3.3 X射线光电子能谱（XPS） 13
2.3.4 N2吸附脱附测试（BET） 13
2.3.5 导电性分析 13
2.4 锂电池的封装 14
2.4.1 电极片的制备 14
2.4.2 锂离子电池组装 14
2.5 电化学性能测试 15
第三章 结果与讨论 17
3.1 材料的表征 17
3.1.1 XRD图谱分析 17
3.1.2 XPS图谱分析 18
3.1.3 产物图片 19
3.1.4 SEM分析 20
3.1.5 N2吸附等温曲线分析 22
3.2 锂离子电池电化学性能分析 23
3.2.1 导电性能测试分析 23
3.2.2 循环伏安测试分析 24
3.2.3 循环充放电测试分析 25
3.2.4 倍率性能测试分析 26
3.2.5 阻抗性能测试分析 27
总结 28
致谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1.1 研究背景
化石燃料和生物质的燃烧所排放的气体不仅污染大气，而且还造成了具有严重后果的全球变暖问题。能源短缺和环境污染使研究可持续、可再生的高效电化学储能系统如锂离子电池（LIBs）、超级电容器（EDLCs）等成为当今世界最为重要的研究领域之一。电池具有将存储的化学能转化为电能的能力，该转化效率很高并且不产生废气。锂电池较高的存储容量和能量密度使蜂窝电话和笔记本电脑的实现成为可能。因此，具有高的电压、容量和倍率性能的低成本、安全、可充电（二次）电池尤其令人感兴趣。然而，成本、安全、能量存储密度、充/放电速率和使用寿命一直阻碍锂电池在电动汽车以减轻二氧化碳排放和噪音污染为目的的潜在市场的发展。设计制备具有高能量密度、长循环寿命和高功率密度等电化学性能较为优秀的材料是当前这个领域极富有挑战性的前沿课题，目前还没能找到适宜于广泛应用的该类优秀材料，所以需要继续研究经济、高效、环保的储能装置，使得电极材料的研发具有非常重要的科学意义和广阔的应用前景，金属有机骨架材料（MetalOrganic Frameworks，简称MOFs）的发现普遍引起了人们对MOFs在电化学储能材料等方面应用的研究兴趣。
MOFs是由无机金属离子和有机配体自组装而形成，是一种三维多孔材料。相比于传统材料，MOFs具有一些很吸引人的独特的优点，如高孔隙率、结构有序、孔尺寸可控、强的化学稳定性和热稳定性等性能，这些优点不仅引起了学术界的注意，对于工业领域也很有吸引力，其颇具研究前途。自MOFs被发现以来，实验人员对MOFs材料的研究热度依然不减，在储氢方面的研究已有一些进展，MOFs材料的优秀性能在其他方面应该也存在应用潜力。MOFs的储氢性能很好，这启发人们该材料的多孔性也可能有其他用途，近期，部分研究者开始将目光转移到MOFs在电化学储能材料的研究上。近年来，一些MOFs材料正逐渐被应用到电化学储能领域，如锂离子电池及超级电容器等。
1.2 有机金属骨架材料
1.2.1 MOFs材料的特点
MOFs材料是一种杂化材料，与传统的无机多孔材料和一般的有机化合物均有所差异。MOFs材料既有无机材料的刚性，又有有机材料的柔韧性，使其在材料研究方面,表现出巨大的发展潜力及诱人的发展前景。
简单地说，MOFs具有多功能结构并且孔隙率[1]很高，可以应用在气体储存[24]、气体分离[5,6]和催化[7]等方面，MOFs材料也被用于制造金属或金属氧化物纳米颗粒（NPs[716]）。此外，MOFs还可以作为氧化还原反应催化剂，因为它们含有可以促进氧和水的转移的丰富孔隙，还有许多可以作为活性位点参与催化反应的金属位点。
近年来，MOFs材料的相关研究正在持续进行并不断地深入，国内外研究人员报道了很多关于如何合成MOFs材料的文献，现将其特点简要归纳如下：
(1)MOFs材料一般具有多孔性。MOFs材料一般具有多孔性。多孔材料存有客体分子，当客体分子被除去后会空出之前被占据的的空间，该空间即为孔隙。MOFs作为一种骨架材料，一般情况下，其骨架中充斥着大量的客体分子，这些客体分子可以通过某些手段除去，客体分子除去后，之前被占据的位置将会空出变成大量孔隙。另外，MOFs中有机配体的长度以及客体分子的体积大小会对MOFs孔径的大小产生影响[1719]，表明其孔径大小会有所差别。
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 有机金属骨架材料 2
1.2.1 MOFs材料的特点 2
1.2.2 MOFs的主要应用 3
1.2.3 MOFs的研究进展 4
1.3 锂离子电池 5
1.3.1锂离子电池简介 5
1.3.2 锂离子电池的性能特点 5
1.3.3 锂离子电池负极材料概述 6
1.4 选题目的及意义 8
1.5 研究内容 8
第二章 实验部分 10
2.1 实验试剂与仪器 10
2.1.1 实验试剂 10
2.1.2 实验仪器 11
2.2 样品的制备过程 11
2.3 材料的表征 12
2.3.1 X射线衍射分析（XRD） 12
2.3.2 扫描电子显微镜（ *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
SEM） 12
2.3.3 X射线光电子能谱（XPS） 13
2.3.4 N2吸附脱附测试（BET） 13
2.3.5 导电性分析 13
2.4 锂电池的封装 14
2.4.1 电极片的制备 14
2.4.2 锂离子电池组装 14
2.5 电化学性能测试 15
第三章 结果与讨论 17
3.1 材料的表征 17
3.1.1 XRD图谱分析 17
3.1.2 XPS图谱分析 18
3.1.3 产物图片 19
3.1.4 SEM分析 20
3.1.5 N2吸附等温曲线分析 22
3.2 锂离子电池电化学性能分析 23
3.2.1 导电性能测试分析 23
3.2.2 循环伏安测试分析 24
3.2.3 循环充放电测试分析 25
3.2.4 倍率性能测试分析 26
3.2.5 阻抗性能测试分析 27
总结 28
致谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1.1 研究背景
化石燃料和生物质的燃烧所排放的气体不仅污染大气，而且还造成了具有严重后果的全球变暖问题。能源短缺和环境污染使研究可持续、可再生的高效电化学储能系统如锂离子电池（LIBs）、超级电容器（EDLCs）等成为当今世界最为重要的研究领域之一。电池具有将存储的化学能转化为电能的能力，该转化效率很高并且不产生废气。锂电池较高的存储容量和能量密度使蜂窝电话和笔记本电脑的实现成为可能。因此，具有高的电压、容量和倍率性能的低成本、安全、可充电（二次）电池尤其令人感兴趣。然而，成本、安全、能量存储密度、充/放电速率和使用寿命一直阻碍锂电池在电动汽车以减轻二氧化碳排放和噪音污染为目的的潜在市场的发展。设计制备具有高能量密度、长循环寿命和高功率密度等电化学性能较为优秀的材料是当前这个领域极富有挑战性的前沿课题，目前还没能找到适宜于广泛应用的该类优秀材料，所以需要继续研究经济、高效、环保的储能装置，使得电极材料的研发具有非常重要的科学意义和广阔的应用前景，金属有机骨架材料（MetalOrganic Frameworks，简称MOFs）的发现普遍引起了人们对MOFs在电化学储能材料等方面应用的研究兴趣。
MOFs是由无机金属离子和有机配体自组装而形成，是一种三维多孔材料。相比于传统材料，MOFs具有一些很吸引人的独特的优点，如高孔隙率、结构有序、孔尺寸可控、强的化学稳定性和热稳定性等性能，这些优点不仅引起了学术界的注意，对于工业领域也很有吸引力，其颇具研究前途。自MOFs被发现以来，实验人员对MOFs材料的研究热度依然不减，在储氢方面的研究已有一些进展，MOFs材料的优秀性能在其他方面应该也存在应用潜力。MOFs的储氢性能很好，这启发人们该材料的多孔性也可能有其他用途，近期，部分研究者开始将目光转移到MOFs在电化学储能材料的研究上。近年来，一些MOFs材料正逐渐被应用到电化学储能领域，如锂离子电池及超级电容器等。
1.2 有机金属骨架材料
1.2.1 MOFs材料的特点
MOFs材料是一种杂化材料，与传统的无机多孔材料和一般的有机化合物均有所差异。MOFs材料既有无机材料的刚性，又有有机材料的柔韧性，使其在材料研究方面,表现出巨大的发展潜力及诱人的发展前景。
简单地说，MOFs具有多功能结构并且孔隙率[1]很高，可以应用在气体储存[24]、气体分离[5,6]和催化[7]等方面，MOFs材料也被用于制造金属或金属氧化物纳米颗粒（NPs[716]）。此外，MOFs还可以作为氧化还原反应催化剂，因为它们含有可以促进氧和水的转移的丰富孔隙，还有许多可以作为活性位点参与催化反应的金属位点。
近年来，MOFs材料的相关研究正在持续进行并不断地深入，国内外研究人员报道了很多关于如何合成MOFs材料的文献，现将其特点简要归纳如下：
(1)MOFs材料一般具有多孔性。MOFs材料一般具有多孔性。多孔材料存有客体分子，当客体分子被除去后会空出之前被占据的的空间，该空间即为孔隙。MOFs作为一种骨架材料，一般情况下，其骨架中充斥着大量的客体分子，这些客体分子可以通过某些手段除去，客体分子除去后，之前被占据的位置将会空出变成大量孔隙。另外，MOFs中有机配体的长度以及客体分子的体积大小会对MOFs孔径的大小产生影响[1719]，表明其孔径大小会有所差别。
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