摘要
有机电极材料因可再生、绿色环保、成本低和容量高等优点，而成为开发高容量、性能稳定的下一代锂离子电池的首选材料。针对有机电极材料面临的溶解度高、导电性差、密度低等难点问题，将活性共轭有机小分子通过化学方法引入到聚合物中如金属-有机框架(MOFs)等，可以有效解决上述问题，提高电池的可逆容量和循环性能。本论文将有机蒽分子引入到三联吡啶配体骨架上，设计和合成了一系列含有多重充放电活性位点的MOFs(Cu-TPF、Mn-TPYAN和Cd-TPYAN)，对其结构进行了表征，并将Cu-TPF和Mn-TPYAN用作LIBs负极材料，详细地研究了其电化学性能。具体研究内容和结果如下： (1)单晶衍射数据及结构解析证实：Cu-TPF是由双核Cu(II)配位单元通过?-?相互作用而形成的具有孔道结构的超分子框架；Cd-TPYAN和Mn-TPYAN是具有孔道结构的三维配位聚合物，有机蒽分子平行排列于孔道内。 (2)Cu-TPF超分子框架含有多重充放电活性位点如羰基、羧基、羟基、吡啶氮和共轭芳香环等，电化学性能测试结果表明，Cu-TPF-01电极在电流密度为100mAg?1时经170次循环后，放电容量可达810.1mAhg?1；将电流密度分别增大至5000、10000和20000mAg-1时，放电容量可分别达560.5、523.5和500.3mAhg?1。此外，还对循环前后的及充放电过程中的Cu-TPF-01电极进行一系列电化学和结构表征，探讨了可能的充放电机理。Cu-TPF-01电极具有超高的比容量、突出的循环稳定性和优异的倍率性能。 (3)Mn-TPYAN也具有多重充放电位点(如羧基、吡啶环及蒽环等)、大?共轭配体骨架及有序的孔道结构。Mn-TPYAN-01作为LIBs负极材料时，具有优良的循环稳定性，在电流密度为100mAg?1经历260次循环后，可以提供650mAhg?1的可逆容量；将电流密度增加至2000mAg?1时经历2000次循环后，可逆容量为250.1mAhg?1。此外，CV动力学分析结果表明，Mn-TPYAN-01电极的储锂机制是由扩散行为和电容控制组成的协同作用过程。
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