[發明專利]一種基于1D金屬有機框架物納米纖維催化劑的制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710792058.8
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN107687003B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 匡軒;劉昭軒;趙璐;董彥芳;魏琴
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 高強

本發明公開了一種基于1D金屬有機框架物納米纖維催化劑的制備方法以及基于該催化劑電解水析氧的應用，屬于納米催化、納米材料、金屬有機框架物材料技術領域。其主要步驟是將天冬氨酸堿溶液與硝酸銅?硝酸鈷溶液室溫共混后，生成晶體，抽濾、干燥，制得Cu?MOF納米纖維負載Co(II)離子即CuCo?MOF納米纖維；將CuCo?MOF納米纖維空氣氛加熱制得碳基銅鈷氧化物納米纖維催化劑，即基于1D金屬有機框架物納米纖維催化劑。該催化劑制備所用原料成本低，制備工藝簡單，反應能耗低，具有工業應用前景。該催化劑用于高效催化電解水析氧，具有良好的析氧電催化活性與電化學穩定性。

技術領域

本發明涉及一種基于1D金屬有機框架物納米纖維催化劑的制備方法以及基于該催化劑電解水析氧的應用，屬于納米催化、納米材料、金屬有機框架物材料技術領域。

背景技術

隨著社會經濟的高速發展和世界人口的不斷增長，人類對化石燃料，如煤和石油等的耗用，給現有的能源儲備和自然環境帶來了前所未有的壓力和挑戰。為應對新生的能源消費以及現有人口生活質量提高的要求，世界各國均亟待尋找到可持續使用的清潔能源載體。電催化直接分解水制備氫氣被認為實現該過程有效的方式。電催化分解水反應包括析氫(hydrogen evolution reaction，HER)和析氧(oxygen evolution reaction，OER)兩個半反應，來自電阻、反應以及傳輸三個方面系統本征的能量損耗以及現有催化劑的價格、活性和穩定性方面的因素，都極大地限制了其推廣和廣泛應用。盡管析氧僅是一個副反應，但是為了驅動析氧反應給系統運行帶來的功耗損失卻最大，成為提高整體效率的瓶頸。尋找廉價易得且性能穩定的新型析氧電催化劑，對長遠發展氫能、減小環境污染乃至緩解世界范圍內的能源問題，具有廣泛且重要的現實意義。

在很多已探索的體系中，二氧化銥(IrO₂)和二氧化釕(RuO₂)被認為最有效。然而，他們稀缺和昂貴的價格，限制了其廣泛實際的應用，為此，開發高效、價廉且地球含量豐富的非貴金屬析氧催化劑，降低析氧電消耗成為一個機遇和挑戰。

價廉的鐵、鈷、鎳催化劑，是已報道實現高活性析氧有前景的催化劑。此外，碳基或雜原子摻雜的復合材料也是析氧催化劑的創新性選擇。除了材料組成之外，催化劑的活性和其形態密切相關。為此，研究開發具有資源豐富的新組成和新形態催化劑，對實現高活性析氧具有重要的意義。