Morphology-dependent electrochemical performance of Ni-1,3,5-benzenetricarboxylate metal-organic frameworks as an anode material for Li-ion batteries

阳极 材料科学 电化学 介孔材料 化学工程 纳米结构 金属有机骨架 电极 纳米技术 锂(药物) 化学 催化作用 吸附 有机化学 物理化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Qingmeng Gan,Hanna He,Kuangmin Zhao,Zhen He,Suqin Liu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:530: 127-136 被引量:145
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2018.06.057
摘要

Abstract The performance of energy storage materials is substantially dependent on their nanostructures. Herein, Ni-1,3,5-benzenetricarboxylate metal-organic frameworks (Ni-BTC MOFs) with different morphologies are controllably synthesized using a facile solvothermal method by simply adjusting the solvent and their electrochemical performance as an anode material for lithium-ion batteries is thoroughly investigated. Among the synthesized Ni-BTC MOFs with different morphologies, a hierarchical mesoporous flower-like Ni-BTC MOF (Ni-BTCEtOH) assembled from two-dimensional nanosheets shows the best electrochemical properties including a high capacity of 1085 mA h g−1 at 100 mA g−1 (358 mA h g−1 at 5000 mA g−1), excellent cycling stability at 1000 mA g−1 for 1000 cycles, and great rate performance, which is superior to most of the reported MOF-based anode materials for lithium-ion batteries. The outstanding electrochemical performance of Ni-BTCEtOH is originated from its unique and stable hierarchical mesoporous morphology with a high specific surface area and improved electrical/ionic conductivity. Moreover, our study demonstrates that the charge-discharge mechanism of the Ni-BTCEtOH electrode involves the insertion/extraction of Li ions to/from the organic moieties in Ni-BTCEtOH during the charge-discharge process without the direct engagement of Ni2+. This work highlights that the nanostructure design is an effective strategy to obtain promising energy storage materials.
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