硅碳材料改性之金属有机框架(MOFs)

金属有机框架(MOFs)改性

MOFs以金属离子和有机配体交替连接的方式自组装形成周期性网络结构，具有多孔、比表面积大等特点，在储氢、电极催化、药物载体和能源储存等领域有着广阔的应用前景。将MOFs在保护气氛下高温碳化即可得到金属氧化物@碳电极材料。研究人员对纳米硅粉进行MOFs改性得到Si@MOFs，随后进行后续碳化处理可以得到金属氧化物@碳@硅，金属氧化物和硅以不同的储锂机制在电池中协同发挥作用。

Han等[1]通过简单的一步法在纳米硅表面自组装ZIF-8实现了Si和MOFs的复合，如图6所示。将MOFs原料(金属盐和配体)、硅纳米颗粒和溶剂引发剂一起研磨，随后将由此获得的复合物进一步碳化作为活性阳极材料。透射电镜照片显示平均每个MOFs颗粒内部约包有三个纳米硅颗粒，Si@MOFs颗粒尺寸约为500nm，颗粒整体尺寸略有增加，有利于电极压实密度的提高。性能数据显示该材料比容量高达1050mAh/g，500次循环后比容量保持率大于99%。

图1 锂离子电池负极材料Si-ZIF-8制备流程图

Wang等[2]利用SiAl合金与有机酸在水热条件下的自腐蚀反应制备SiAl/Al-MOFs核壳前驱体，经过后续热处理和腐蚀得到多孔硅微球@碳(pSiMS@C)核壳复合材料。腐蚀形成的多孔硅微球可以促进法拉第反应和扩散过程的动力学，缓解充放电循环过程中的巨大体积变化，提升复合材料的储锂能力。外层MOFs取得的碳壳可以保证良好的电接触。pSiMS@C电极在1A/g电流密度下经过500次循环后，可逆容量为1027.8mAh/g，容量保持率为79%。

审核编辑 ：李倩