[發明專利]一種鈷金屬有機框架/大孔碳復合物的制備方法

有效

• 申請號: 201410015824.6
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103706401A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 郭黎平;張宇帆;薄祥潔
• 申請（專利權）人: 東北師范大學
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;C22C1/08;C25B11/03;C25B11/06;C25B3/00
• 代理公司: 長春市東師專利事務所 22202
• 代理人: 劉延軍;趙軍

技術領域

本發明屬于納米復合材料技術領域，具體涉及一種鈷金屬有機框架結構/大孔碳納米復合材料的制備方法。

背景技術

納米結構的多孔材料一直被人們所關注，它們的用途也十分廣泛，如可以作為氣體吸附劑，催化劑，燃料電池以及電容器材料等。在種類繁多的多孔材料中，金屬有機框架（MOFs）由于它們獨特的晶體結構，高的孔容性，大的比表面積，很好的熱穩定性以及化學惰性而受到人們越來越多的關注。近些年，人們對MOFs的研究應用有氣體吸附與分離，藥物傳遞以及催化。值得注意的是，MOFs在電化學領域中的研究也越來越多。但是單相MOFs材料在電化學應用中存在一些缺點，如它的導電性、機械穩定性以及電催化能力。因此，研究新型復合材料成為了MOFs應用發展的必然趨勢。

大孔碳材料具有良好的熱和機械穩定性，而它良好的導電性和很大的表面積可以使它作為一種良好的催化劑載體。考慮到MOFs和大孔碳材料各自的優點，我們合成制備出一種新型的以鈷為金屬中心的MOFs/大孔碳復合材料（Co-MOFs/大孔碳）。碳材料的加入，不僅提高了MOFs的導電性，還增強了它的穩定性和電催化能力。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種簡單且有效的制備Co-MOFs/大孔碳復合物的方法，使Co-MOFs和大孔碳牢固地結合在一起，產生協同效應，具有更好的電催化活性。本發明所采用的技術方案，是以氯化鈷、5-(4-吡啶基)四唑、?1,3-雙(4-吡啶基)丙烷、疊氮化鈉以及大孔碳為原料，先通過超聲處理混合均勻，然后利用水熱反應一步制得Co-MOFs/大孔碳復合材料。

其具體步驟為：

1）?將大孔碳溶于去離子水中，超聲處理，使其分散均勻。

2）在大孔碳分散液中加入氯化鈷、5-(4-吡啶基)四唑、?1,3-雙(4-吡啶基)丙烷以及疊氮化鈉，超聲處理，形成均勻的混合分散液。

3）將上述混合分散液轉移至水熱反應釜中，140-160?°C下水熱反應。

4）將反應所得到的產物用去離子水清洗，真空50-70?°C干燥得到Co-MOFs/大孔碳復合材料。

本發明的特點是通過超聲處理，先將幾種前驅體原料均勻混合，然后利用水熱反應一步制得Co-MOFs/大孔碳復合材料。其優點在于制備過程簡單安全，所得到的Co-MOFs均勻地與大孔碳附著在一起，既避免了自身粒子的團聚，也有效地防止了大孔碳的重堆積。結構上的優勢使其具有優良的電催化活性和很好的穩定性，在電催化領域中有潛在的應用價值。

附圖說明

圖1是Co-MOFs/大孔碳復合材料的掃描電子顯微鏡圖；

圖2?A是Co-MOFs/大孔碳復合材料的X射線衍射圖，B是Co-MOFs/大孔碳復合材料的紅外光譜圖；

圖3是Co-MOFs、大孔碳以及Co-MOFs/大孔碳復合材料分別對2?mmol?L^-1肼的循環伏安響應（圖中虛線為未加入肼的背景電流，實線為加入2?mmol?L^-1肼后的響應曲線）。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

實施例1

本發明Co-MOFs/大孔碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：將50?mg?大孔碳加入到20?mL去離子水中，超聲處理10分鐘（超聲機的功率是350?W）。

步驟二：將95.2?mg氯化鈷，30?mg?5-(4-吡啶基)四唑，40?mg?1,3-雙(4-吡啶基)丙烷以及66?mg疊氮化鈉分別加入到大孔碳分散液中，再超聲處理10分鐘，使其充分混合均勻。

步驟三：將該混合物分散液轉移至水熱反應釜中，?160?°C下反應72小時后，自然冷卻至室溫。

步驟四：將得到的產物高速離心分離后（8000轉/分鐘），用去離子水離心洗滌三次，然后在真空50?°C干燥24小時得到Co-MOFs/大孔碳復合材料。圖1為實施例1所合成的Co-MOFs/大孔碳復合物的掃描電鏡圖，可以看到Co-MOFs和大孔碳已經結合在一起。從圖2A中可以觀察到Co-MOFs和大孔碳的特征峰。圖2B中顯示的2098?and?2064?cm^?1特征峰，表明加入大孔碳后，Co-MOFs的骨架結構依然存在。

實施例2

本發明Co-MOFs/大孔碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：