[發明專利]一種金屬有機框架與石墨烯電催化復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710225097.X
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN107029792B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 吳亞盤;周威;李東升;趙君;董文文;張其春;蘭亞乾
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 42103 宜昌市三峽專利事務所
• 代理人: 蔣悅<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明涉及一種具有電催化析氫性能的鈷金屬有機骨架材料及其制備方法，屬于環境友好型電催化材料制備領域。本發明所用材料合成方法為水熱法。具體步驟如下：首先將高氯酸鈷、1,4?萘二酸(H₂ndc)、1,4?雙(咪唑基?1?基)丁烷)以及氫氧化鈉均勻分散到聚乙二醇(PEG?400)中，然后將上述混合濁液轉移至聚四氟乙烯反應釜中進行水熱反應。將所得產物洗滌、干燥后得到紫色塊狀晶體，將紫色晶體與一定質量的石墨烯研磨即得到所述電催化材料Co(ndc)(bidp)₂。本發明制備過程簡單，所得電催化劑具備較好的電解水析氫的能力，塔菲爾斜率可達到100 mV/decade。在環保能源制取等領域具有良好應用前景。

技術領域

本發明涉及一種具有電催化性能的鈷金屬有機骨架材料及其制備方法，屬于環境

友好型電催化析氫材料制備領域。

背景技術

金屬有機骨架材料(Metal-organic frameworks, MOFs)是一種由金屬離子和有機配體通過配位鍵組裝的無機-有機雜化功能材料。由于其靈活的多孔性、大的比表面積、不飽和配位鍵等特性，使得近年來在分子識別、磁學、光致發光、藥物傳遞、氣體儲存、催化等方面有廣泛的應用。MOFs 材料由金屬離子或金屬離子簇通過有機配體的連接而形成在三維空間無限擴展的結構，因而兼具無機和有機材料的優點。受非貴金屬磷硫化物等材料電催化性能研究的啟發，近年來將MOFs 材料應用于電催化領域的嘗試越來越多。由于MOFs不僅具有高度規整的孔結構，多孔性，而且還具備路易斯酸及氧化還原活性的開放的活性金屬位點，因此作為催化劑等方面的應用具備誘人的前景，但MOFs導電性限制了MOFs在電解水析氫的應用，因此將MOFs與一些導電性物質的結合可以獲得一些具有電催化性能的新型電催化材料。目前，針對基于MOFs復合材料的電催化劑的報道還相對較少。

發明內容

基于MOFs材料的新型電催化劑的研究尚未得到深入的研究，此類電催化劑的種類、制備方法與性能等方面值得深入研究。本發明的目的是提供較高電解水制氫性能的鈷金屬有機框架電催化劑及其制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的，一種在0.5M的硫酸具有一定穩定性

能的鈷金屬有機框架電催化劑的水熱法制備，包括以下步驟：

1）按一定摩爾比稱取高氯酸鈷、1,4-萘二酸(H₂ndc)、1,4-雙(咪唑-1-基)丁烷以及0.1M氫氧化鈉溶液于容器中；

2）向步驟1）所用容器中加入PEG-400，并超聲分散均勻；

3）將步驟2）所得混合溶液轉移到聚四氟乙烯反應釜中；

4）將反應釜放到140-180^oC 烘箱中反應72 小時，然后用5小時的時間緩慢降溫至30^oC得到紫色塊狀晶體；

5）將所得塊狀晶體用去離子水洗滌并在60℃干燥后即得到產物。

6）將步驟5）所得產物與一定質量的石墨烯隨機復合，并機械研磨得到最終產物，即為MOFs復合材料電催化劑。

利用以上步驟所制備的Co-MOFs材料可以作為電催化劑在0.5M的硫酸中進行電解水析氫的測試。

本發明的有益效果：

（1）本發明制備的產物為Co(ndc)(bidp)₂，其制備方法簡單，可控性強。

（2）本發明制備的新型MOFs 材料類電催化劑為塊狀晶體材料，其結晶性好，容易分離。

（3）本發明制備的Co(ndc)(bidp)₂電催化劑具有優異的的電解水析氫能力。