[发明专利]一种金属有机框架衍生二碲化钴-还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种金属有机框架衍生二碲化钴‑还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用。在正十二面体结构的金属有机框架衍生碳框架的表面负载有二碲化钴纳米颗粒，在前述结构的外部包裹有还原氧化石墨烯片层材料。制备方法包括制备ZIF‑67/GO前驱体的步骤和制备MOF‑CoTesubgt;2/subgt;@rGO的步骤。本发明还涉及将金属有机框架衍生二碲化钴‑还原氧化石墨烯复合材料在钠离子电池负极材料中的应用。本发明的复合材料其固定于正十二面体表面的CoTesubgt;2/subgt;纳米颗粒暴露出大的比表面积和大量的活性位点，大的比表面积有助于电极和电解液的充分接触，活性位点的暴露有助于提升比容量，同时还原氧化石墨烯片层的包裹能够缓解循环过程中的体积膨胀，因此本发明中的复合材料具备良好的电化学性能。

技术领域

本发明属于新能源材料的制备以及钠离子电池电化学储能领域，尤其涉及一种金属有机框架衍生二碲化钴-还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

化石燃料的燃烧造成严重的空气污染，电化学储能作为一种清洁储能方式受到广泛关注。目前锂离子电池已经成为商业化的电化学储能设备，被广泛应用到电子设备和电动汽车等领域。但是，锂资源储量有限并且分布不均，导致锂离子电池成本不断攀升。因此，寻找低成本的二次电池对于推动电化学储能发展至关重要。地球上的钠资源分布广泛，储量丰富，钠离子电池被认为是能够实现大规模储能的重要选择之一。然而，与锂离子相比，钠离子具有更重的原子质量以及更大的离子半径，导致材料中缓慢的钠离子传输动力学以及大的体积膨胀。在反复的钠离子嵌入和脱出过程中，材料结构被破坏。负极材料是电池的重要组成部分，开发能够缓解体积膨胀并且具有高导电性的负极材料非常关键。

目前已经被报道的钠离子电池负极材料包括：碳材料，过渡金属氧/硫/硒化物等转化反应型材料，磷/锡等合金化反应型材料。其中碳材料虽然制备工艺简单，但是放电比容量低。合金化反应型材料能够实现高容量，但是在循环过程中的体积膨胀高达300～600％，过大的体积膨胀导致在几次循环后结构被破坏。过渡金属化合物兼具较高的放电比容量以及较小的体积膨胀，是一类良好的负极材料。理论上金属碲化物具有比金属氧/硫/硒化物更高的导电性和密度，能够实现更好的倍率性能和体积比容量。另外在金属碲化物中更容易促进钠离子的快速传输。因此，人们将目光转向金属碲化物在钠离子电池负极材料中的应用。例如：Huang课题组通过静电纺丝的方法制备了自支撑的CoTe₂纳米颗粒嵌入氮掺杂的多通道碳纤维中(ACS Appl.Mater.Interfaces 2021,13,34134-34144)，这种材料实现了2000圈稳定的循环性能。这种静电纺丝方法对实验技术要求严格，制备难度大。

因此，通过合理的方法制备过渡金属碲化物，提高金属碲化物的导电性并且缓解在循环过程中的体积膨胀，实现在钠离子电池负极材料中良好的电化学性能是极具挑战性的课题。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种金属有机框架衍生二碲化钴-还原氧化石墨烯复合材料，通过结构设计和优化有效解决现有材料存在的不足，进而提升作为钠离子电池负极材料的电化学性能。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种金属有机框架衍生二碲化钴-还原氧化石墨烯复合材料，在正十二面体结构的金属有机框架衍生碳框架的表面负载有二碲化钴纳米颗粒，在前述结构的外部包裹有还原氧化石墨烯片层材料。

优选地：所述金属有机框架衍生碳框架以氧化石墨烯为生长模板，在氧化石墨烯表面生长金属有机框架材料；二碲化钴纳米颗粒在金属有机框架衍生碳框架结构中原位碲化形成。

本发明的另一个目的是提供一种金属有机框架衍生二碲化钴-还原氧化石墨烯复合材料的制备方法。包括以下步骤，

S1、制备ZIF-67/GO前驱体；