[發明專利]片狀Co-MOF納米材料的制備方法及其在電催化中的應用

有效

• 申請號: 201710251484.0
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN106944141B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 龐歡;徐玉霞;鄭莎莎;吳平;詹婧逸
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;H01M4/90
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

片狀Co?MOF納米材料的制備方法及其在電催化中的應用，涉及電解水、燃料電池和金屬?空氣電池等技術領域，本發明的片狀Co?MOF電極材料是由簡單水熱法制備而成，采用的原材料環保、成本低，工藝簡單，易于操作控制，適于連續化大規模生產，制備過程綠色環保。經實驗證實，這種Co?MOF納米材料具有片狀結構，由于其高的比表面積、優良的電導率等優異性能，可用于電催化。

技術領域

本發明涉及電解水、燃料電池和金屬-空氣電池等技術領域，特別是其電極材料的制備技術。

背景技術

化石燃料的過渡消耗及其所引起的環境污染問題，迫使著人們不斷尋求清潔可再生新能源。因為通過電催化反應直接將化學能轉換成電能，具有高轉換效率、低噪聲和低排放等優點。燃料電池和金屬空氣電池是目前很具有應用前景的新型能源裝置。傳統上使用金屬氧化物（例如RuO₂和IrO₂）和貴金屬（例如Pt）來加速析氧反應（OER）和氧還原反應（ORR），然而，這些貴金屬基催化劑通常具有高成本，低選擇性，差的穩定性以及對環境不利的影響。因此，開發廉價和高效的非貴重金屬材料用于電催化，以代替昂貴的基于Ir和Ru的化合物，人們已經作出了巨大的努力。鈷（Co）已經成為設計和制造堅固的最常見的非貴重元素之一和高效的OER催化劑。

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，是近十幾年來發展最為迅速的一種新型多孔材料，具有三維的孔結構，一般以金屬離子為連接點，有機配位體支撐構成空間3D延伸，系沸石和碳納米管之外的又一類重要的新型多孔材料，在催化、儲能和分離中都有廣泛應用。相比與其他配體材料，因為大表面積，高孔隙率，低密度，可控結構，可調孔徑，MOFs材料被認為是未來納米領域中最有前景的材料之一。

近年來，MOFs及其衍生物因其獨特結構和物理化學性質，在電化學能源轉換中的應用備受關注。MOFs作為電催化劑具有以下幾個顯著特點：（i）具有高度有序多孔結構，孔徑分布均一，比表面積大，有利于活性組分的分散，為電催化反應提供大量活性位點；（ii）孔徑的可調控性，通過調整金屬中心和有機配體可得到超微孔到介孔各種孔徑的MOFs材料，有利于復雜多孔催化劑的制備；（iii）易功能化和修飾，有利于MOFs與其他功能性物質相結合，制備復合材料，改善MOFs本身的電催化性能；（iv）可采用幾種不同金屬制備MOFs，并保持原來的拓撲結構。

發明內容

針對以上現有技術和缺陷，本發明首先提出一種片狀Co-MOF納米材料的制備方法。

本發明包括以下步驟：

1）將二價鈷鹽溶于去離子水中，制得二價鈷鹽溶液；

將對苯二甲酸（C₈H₆O₄）溶于二甲基甲酰胺（DMF）與乙醇（C₂H₅OH）的混合溶液中，制得對苯二甲酸的DMF/C₂H₅OH溶液；

2）將所述二價鈷鹽溶液與對苯二甲酸的DMF/C₂H₅OH溶液混合，再加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP）進行水熱反應，得到沉淀物；

3）將沉淀物以水和乙醇洗滌后干燥，即得片狀Co-MOF納米材料。

本發明的片狀Co-MOF電極材料是由簡單水熱法制備而成，采用的原材料環保、成本低，工藝簡單，易于操作控制，適于連續化大規模生產，制備過程綠色環保。

經實驗證實，這種Co-MOF納米材料具有片狀結構，由于其高的比表面積、優良的電導率等優異性能，可用于電催化。