图1.3 MOF结构形成示意图

1.3.1 MOF的应用前景

MOF可被用于药物递送和成像、光电子、质子传导、气体储存分离和催化等[30]。MOF也适用于各种电化学方面的应用，如超级电容器、电池和燃料电池[31]。虽然最初MOF被证明不适合应用于可逆锂存储，但是后来的研究解决了这个问题，并表明MOF除了可以直接使用外还可以作为一种高效的能量存储材料。MOF也可以用以支撑活性纳米材料作为负载用于能量转化反应方面或通过不同的处理方法作为牺牲材料来衍生出各种纳米结构。图1.4为MOF的应用前景图。

图1.4 MOF的应用前景

尽管MOF在电化学的应用领域中有相当大的进步，但是目前为止还缺乏对MOF在电化学应用方面的综合论述。这将导致人们对于这些新材料在不同应用方面的理解不充足。同样，通过在高温下分解衍生出多种类型的碳材料MOF已经可以应用于电池，超级电容器和燃料电池等方面。但人们并不清楚地了解这些多孔材料的碳化过程，特别地是也不清楚所得材料的结构性质。在电池和超级电容器方面，MOF已被证实具有较高的理论值和一定的应用价值[32]。然而由于它们的刚性结构，我们在其应用方面缺乏一定的进展。

最近，金属氧化物掺杂碳质的衍生材料（MO@C）也已经解决了在电化学应用方面的问题。高度多孔的MOF，MO和MO@C可以满足金属物质在碳质中均匀分散的要求，还可以在这些MO纳米颗粒表面提供碳涂层以防止它们的团聚。因此在电化学应用合成纳米结构电极方面，它可以作为一种理想的牺牲材料。

1.4 本文的研究思路和内容

本文的研究思路如下：利用铁源、镍源和有机配体在150℃条件下水热反应15h，得到两种结构不同的MOF纳米材料。将该材料硅化、锂化后制成锂过渡金属原子硅酸盐应用于锂离子电池正极材料，研究其电化学性能。

本文的研究内容：

1)MOF结构的纳米复合材料的设计与制备利用铁源、镍源和有机物采用水热法找出最佳的投料比，最终得到两种结构完全不同的MOF纳米材料。将该材料硅化、锂化后制成具有碳包覆结构的锂过渡金属原子硅酸盐应用于锂离子正极材料。

2)探究MOF纳米材料和锂过渡金属原子硅酸盐正极材料的形成机理采用现有多种的材料表征仪器与技术，对目标产物锂过渡金属原子硅酸盐及中间产物MOF的结构和组成（如形貌、尺寸、分子结构、组成元素等）进行表征。根据表征结果来探究MOF纳米材料及目标产物的形成机理。

3)探究锂过渡金属原子硅酸盐正极材料的性能与结构的关系通将该材料应用于锂离子正极来研究其锂电性能，测试其循环性能和倍率性能。