本发明涉及一种苯丙氨酸锌纳米纤维材料的应用，属于新能源材料的开发与研究领域。
背景技术：
随着社会的快速发展和人口的急剧增长，能源和资源日渐短缺、环境污染日趋严重，新能源的开发和利用越来越受到重视，能源存储和转换装置已成为当前新能源技术的研究重点，其中锂离子电池具有能量密度高、寿命长以及绿色环保等优点被广泛应用于移动电子设备电源。目前，常见的锂离子电池电极材料包括无机电极材料和有机电极材料两种，其中无机材料具有良好的热稳定性能和机械性能，且不易溶于电解液等优势，但多数无机材料因其结构呈刚性，在长期循环充/放电过程中容易发生较大的体积变化从而产生粉化，缩短了电池的循环使用寿命。有机电极材料则具有良好的柔韧性，可减缓锂离子脱/嵌过程中产生的体积应变张力。然而，多数有机材料的热稳定性和机械性能相对较差，大大影响了电极的安全性能。因此，实现无机、有机两种电极材料的优势互补是锂离子电池电极材料研发的热点之一。
金属有机框架化合物(mofs)是由金属离子和有机配体通过配位键鳌合而形成的一类化合物，具有结构多样性、形貌可控、热稳定性较高及比表面积大等诸多优点，广泛应用于气体吸附、催化、环保、质子传导、生物医药及光电磁等领域。常见的金属有机框架化合物的有机配体主要包括羧基、氨基、酰基、羰基或氮杂环等,金属离子通常为fe3+、fe2+、ni2+、co2+、zn2+、cu2+等。其中金属离子具有较强的成键能力和极化能力，可与有机配体之间产生较强的螯合作用，有利于材料导电性和热稳定性的提升，而有机配体则赋予材料良好的柔韧性，因此，金属有机框架化合物从分子水平上融合了有机无机两种材料的结构优势；苯丙氨酸属于α-芳香族氨基酸，具有良好的生物相容性和优异的自组装性，同时提供了羧基和氨基两种配体，与硝酸锌中的锌离子反应时，可生成稳定的金属有机框架化合物苯丙氨酸锌纳米纤维材料，并应用于生物材料科学研究、食品、医疗等领域，但尚未见到应用于新能源领域的研究报道，尤其未见到关于在锂离子电池负极材料的应用研究。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种苯丙氨酸锌纳米纤维材料的新应用：将苯丙氨酸锌纳米纤维材料用作锂离子电池的负极活性材料。其中对电极、参比电极、隔膜、电解液均为本领域制备锂离子电池过程中的常规选择，具体为：以用苯丙氨酸锌纳米纤维材料为活性材料制备得到的负极片作为为工作电极，以锂箔作为对电极和参比电极，以多孔聚丙烯（pp）膜、聚乙烯（pe）膜或玻璃纤维为隔膜，在无水无氧条件下组装成锂离子电池。
本发明所述锂离子电池的工作电极的制备方法为常规方法，具体为：将苯丙氨酸锌纳米纤维材料、导电剂、粘结剂以质量比为6:3:1的比例混合，并加入到n-甲基吡咯烷酮溶剂中，搅拌均匀得到电极浆料；将所得电极浆料均匀涂覆在集流体表面，真空干燥后得到电极片即为工作电极；其中，导电剂为乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳黑或碳纳米管，粘结剂为聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素或聚偏二氟乙烯。
本发明所述苯丙氨酸锌纳米纤维材料的制备方法为常规方法，具体为：将0.1g氢氧化钠与0.3g苯丙氨酸溶于10ml蒸馏水中，搅拌后得到澄清溶液，缓慢滴加2ml含有表面活性剂的1mol/l硝酸锌溶液后可生成白色沉淀，过滤洗净并冷冻干燥后得到苯丙氨酸锌纳米纤维材料；其中表面活性剂为十二烷基硫酸钠，质量百分比浓度为0~5%。
本发明的优点与效果
本发明从分子水平融合了有机无机材料的结构优势，首次将苯丙氨酸锌纳米纤维材料用于锂离子电池负极活性材料，提供了一种苯丙氨酸锌材料的新应用；所制备的苯丙氨酸锌纳米纤维负极表现了良好的电化学性能，表明苯丙氨酸锌作为锂离子电池负极活性材料的应用可行性。
附图说明
图1为根据实施例1制备的苯丙氨酸锌纳米纤维材料的sem图。
图2为根据实施例1制备的苯丙氨酸锌纳米纤维材料的edx图。
图3为根据实施例1制备的苯丙氨酸锌纳米纤维材料的ftir图。
图4为根据实施例1制备的苯丙氨酸锌纳米纤维材料负极的首次充/放电曲线。
图5为根据实施例2制备的苯丙氨酸锌纳米纤维材料负极的循环稳定性。
图6为根据实施例3制备的添加不同浓度表面活性剂的苯丙氨酸锌纳米纤维材料负极的第10圈充/放电曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种苯丙氨酸锌纳米纤维的应用：将苯丙氨酸锌纳米纤维作为锂离子电池的负极活性材料。
苯丙氨酸锌纳米纤维的制备过程如下：将0.1g氢氧化钠与0.3g苯丙氨酸溶于10ml蒸馏水中，搅拌后得到澄清溶液，缓慢滴加2ml浓度为1mol/l的硝酸锌溶液后可生成白色沉淀，过滤洗净并冷冻干燥后得到白色苯丙氨酸锌纳米纤维材料。
采用sem观察苯丙氨酸锌纳米纤维材料的微观形貌，如图1所示，由图1可知，苯丙氨酸锌确实呈现出了纳米纤维状形貌，直径大约为200nm；采用edx测试苯丙氨酸锌纳米纤维材料的元素组成，如图2所示，由图2可知，所制备的苯丙氨酸锌纳米纤维材料含有c、n、o和zn元素，而局部放大的edx图谱则可清晰地显示出n元素的存在，无其它杂质元素，表明了其纯度较高。
采用ftir光谱分析了苯丙氨酸锌纳米纤维材料的结构，如图3所示，由图3可知，在3333cm-1、3259cm-1和3037cm-1的信号峰对应于n-h键的伸缩振动，在692cm-1的峰则与n-h键的面外弯曲振动相对应，位于1159cm-1、1085cm-1和474cm-1波数处的信号峰可分别归属为c-n键的伸缩振动、面外及面内弯曲振动，表明了苯丙氨酸锌中-nh3+的存在。在1260cm-1对应于c-o键的伸缩振动，在1622cm-1波数处的峰归属为离子化羰基的伸缩振动，证明了羧酸根的存在；而在1483cm-1和1452cm-1波数处的信号峰对应于苯环骨架的伸缩振动，在836cm-1和753cm-1波数处的峰可归属于苯环上c-h键的面外弯曲振动。在1390cm-1波数处的峰对应于硝酸根的伸缩振动。在2965cm-1和1335cm-1波数处的峰可分别对应于亚甲基中c-h键的伸缩振动及面内弯曲振动，在993cm-1和934cm-1波数处的峰对应于亚甲基中c-h键的面外弯曲振动。在601cm-1波数处的信号峰对应于c-c的面内弯曲振动。在643cm-1及560cm-1波数处的信号峰则分别对应于zn-o和zn-n的伸缩振动，证明了zn2+的存在，并与苯丙氨酸形成了苯丙氨酸锌。
将制备的苯丙氨酸锌纳米纤维作为锂离子电池的负极活性材料，并以恒流充/放电法测试其电化学储锂性能，如图4所示，由图4可知，在100ma/g充/放电时的首圈放电比容量为198mah/g，且在后续的循环中，放电比容量不但没有衰减，反而缓慢增至123mah/g，表现了良好的电化学储锂活性。
实施例2
一种苯丙氨酸锌纳米纤维材料的应用：将苯丙氨酸锌纳米纤维作为锂离子电池的负极活性材料。
苯丙氨酸锌纳米纤维的制备过程如下：将0.1g氢氧化钠与0.3g苯丙氨酸溶于10ml蒸馏水中，搅拌后得到澄清溶液，缓慢滴加2ml浓度为1mol/l的硝酸锌溶液后即可生成白色沉淀，过滤洗净并冷冻干燥后得到白色苯丙氨酸锌纳米纤维材料。
以所制备的苯丙氨酸锌纳米纤维作为锂离子电池的负极活性材料，并以恒流充/放电法测试其电化学储锂性能，如图5所示；由图5可知，经过50圈循环充/放电后的容量保持率为112.2%，表现了良好的循环稳定性。
实施例3
一种苯丙氨酸锌纳米纤维材料的应用：将苯丙氨酸锌纳米纤维作为锂离子电池的负极活性材料。
苯丙氨酸锌纳米纤维的制备过程如下：将0.1g氢氧化钠与0.3g苯丙氨酸溶于10ml蒸馏水中，搅拌后得到澄清溶液，缓慢滴加2ml含有表面活性剂的1mol/l硝酸锌溶液后可生成白色沉淀，过滤洗净并冷冻干燥后得到苯丙氨酸锌纳米纤维材料；其中表面活性剂为十二烷基硫酸钠，质量浓度分别为1%、3%及5%。
以所制备的苯丙氨酸锌纳米纤维为锂离子电池的负极活性材料，并以恒流充/放电法测试其电化学储锂性能，如图6所示；由图6可知，分别加入1%、3%及5%表面活性剂后所制备的苯丙氨酸锌纳米纤维负极在100ma/g充/放电至第10圈的放电比容量分别为156mah/g、174mah/g和179mah/g。