基于羟基酸配体构建的MOFs结构及其修饰的镍氢电池正极材料

本项目研究基于羟基酸与金属离子构建的MOFs材料的合成与结构；研究MOFs材料修饰的镍氢电池正极材料。主要包括：(1)MOFs材料的组装、结构与性能分析：选择羟基酸配体与Ni2+、Co2+、Mn2+、稀土离子等配位，合成系列具有微孔结构的MOFs材料，系统考察反应温度、浓度、酸度及晶化时间对晶化产物的影响，研究材料的分子结构和物化性能。(2)电化学性能评价：制备各种经MOFs修饰的镍氢电池正极材料，利用MOFs材料的微孔结构和大的比表面，吸附电池过充或过放产生的气体来降低电池的内压，部分解决电极体积膨胀等问题。考察不同组分、不同掺杂比例下正极材料的电化学性能，包括充放电容量、活性物质利用率、循环寿命和高温充放电性能等。(3)电极反应机理研究：考察经MOFs材料修饰后镍氢电池充放电过程的电化学反应机理。研究结果将有利于提高镍氢电池的综合性能，为选择电极掺杂材料研究开拓新思路。

本项目研究基于（羟基）羧酸与金属离子构建的MOFs材料的合成与分子结构；研究MOFs材料修饰的镍氢电池正极材料。主要包括：(1) MOFs材料的组装、分子结构与性能分析：选择羧酸配体与Zn2+、Ni2+、Co2+、Mn2+、稀土离子等配位，合成系列具有微孔结构的MOFs材料。基于吡啶羧酸类配体的自组装得到了18个MOFs材料；基于不对称三羧酸类配体的自组装得到21个MOFs材料；基于葡萄糖二酸(H2sac)、粘液酸(H2muc)、酒石酸(H2tar)等羟基酸类配体的自组装得到了16个MOFs材料。系统研究了合成MOFs材料的分子结构。系统考察了反应温度、浓度、酸度及晶化时间对晶化产物的影响，研究材料的分子结构和物化性能关系。(2) 电化学性能评价：采用配位化学合成方法直接制备微米级、纳米级基于H2sac、H2muc、H2tar配体的MOFs材料，用XRD和SEM化合物进行表征。筛选出了若干MOFs材料作为添加剂修饰开放镍氢电池, 研究发现修饰后开放镍氢电池的性能有明显改善。如[Mn2(sac)(H2O)2]2·3.3H2O电极片的循环伏安研究结果表明该材料作为添加剂能改善氢氧化镍电极的电化学反应活性, 能提高电极的循环可逆性，可能是潜在的镍氢电池添加剂；研究了[Mn2(sac)(H2O)2]2·3.3H2O添加剂修饰成品掺杂电池的充放电性能：对简易电池和成品电池进行了的充放电容量、循环寿命、放电效率试验。测试结果发现掺杂的物质不稳定易发生脱落，导致脱落以后其效率急剧下降，这可能与掺杂后降低了原材料的粘接性或物质之间相互的作用有关。. 发表SCI收录论文14篇，其中影响因子大于3.0的7篇。申请发明专利1件，另一件正在申请中。