多孔炭及其复合物负极材料的制备与电化学性能研究

多孔炭及其复合物负极材料的制备与电化学性能研究

共轭微孔聚合物（CMP）是由π共轭骨架连接形成的三维大分子聚合物,比表面积大,构建单元多样,化学组成易调控,是一种理想的多孔炭前驱体。通过调控单体结构,我们制备了硫氮共掺杂CMP,高温热解制备了硫氮共掺杂的多孔炭,硫氮杂原子引入产生了大量缺陷,可提供丰富的储锂活性位点。

另外,通过改变单体结构,我们也制备了含硫CMP。CMP大量的C≡C键能够键合金属离子,同时S原子高的化学活性也存在键合金属离子的可能性,利用这些特殊物理化学性能,我们制备了Fe₃O₄和含硫多孔炭的复合物（Fe₃O₄-SPC）,去克服

Fe₃O₄差的循环性能的缺点。

本文中使用两种不同的单体4,7-二溴苯并[c][1,2,5]噻二唑和1,4-二溴萘,分别与1,3,5-三乙炔基苯在Pd（0）/CuI催化下,经Sonogashira-Hagihara偶联反应制备多级球形共轭微孔聚合物（HSCMP）和管状共轭微孔聚合物（TCMP）。将HSCMP和TCMP高温热解即可获得硫氮共掺杂的多级球形多孔炭（SNHSPC）和多孔炭纳米管（PCNT）,形貌未发生改变。

SEM、TEM、TEM-EDX和BET证明SNHSPC是由炭纳米纤维相互连接组成的球形多孔网络结构,拥有大的比表面积和大的孔体积,并且N、S元素均匀地分布在SNHSPC里。SNHSPC独特的形貌和发达的孔结构,再加上杂原子S、N共掺杂,使其拥有优异的电化学性能。

介孔炭（MC）,比表面积大,导电性较好。将MC与Fe（NO₃）

₃·9H₂O和Fe（CH₃COO）

₂·4H₂O混合,经热解即可获得

Fe₃O₄-MC复合物。

XRD分析证明Fe₃O₄-MC复合物中存在

Fe₃O₄晶体。SEM表明MC被

Fe₃O₄纳米粒子包覆。

TEM分析表明Fe₃O₄-MC复合物中存在

Fe₃O₄纳米粒子。BET分析进一步证明

Fe₃O₄-MC复合物的比表面积明显低于MC,表明MC的一些孔被Fe₃O₄纳米粒子所填充。

上述结构有助于改善Fe₃O₄-MC复合物的电化学性能。另外,以1,3,5-三乙炔基苯和2,3,5-三溴噻吩作单体,在钯（0）催化下,经Sonogashira-Hagihara偶联反应制备含硫共轭微孔聚合物（SCMP）。

将其进行高温热解可得含硫的多孔炭（SPC）,且形貌未发生改变。将SCMP 与铁盐混合可获得Fe₃O₄-SPC复合物。

XRD证实Fe₃O₄-SPC复合物中拥有面心立方结构的Fe₃O₄晶体。SEM观察到

Fe₃O₄-SPC复合物是由粒径在20-50 nm的纳米粒子组成的多级团聚体。

TEM和TEM-EDX进一步证明Fe₃O₄纳米粒子嵌入SPC纳米粒子里,这种结构能够有效地缓解充放电过程中

Fe₃O₄发生大的体积变化。氮气吸脱附测试表明

Fe₃O₄-SPC复合物是比表面积为60.3

m²·g^-1的介孔材料。

这些独特的结构使Fe₃O₄-SPC复合物在600 mA·g^-1电流密度下循环300次后可逆比容量可达

897.2mAh·g^-1。