[發明專利]一種NiO/NiS/CN納米雜化材料的制備方法和應用

有效

• 申請號: 201711475647.X
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108179434B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 王志玲;劉志蓮;匡軒;崔玉;劉思全;鄭魯沂
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/06;C25B11/03
• 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NiO/NiS/CN納米雜化材料的制備方法和應用，屬于納米材料、金屬有機配合物納米材料和催化等技術領域。其制備方法是采用咪唑?4?甲醛和L?蛋氨酸制得含硫和氮咪唑基配體，將其與泡沫鎳氧化還原自組裝制備泡沫鎳負載金屬有機配位聚合物復合材料，將該復合材料在空氣氛中煅燒，制得氧化鎳和硫化鎳納米粒子摻雜碳氮雜化材料。該制備方法，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。將該雜化材料用于催化電解水析氧，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NiO/NiS/CN納米雜化材料的制備方法和應用，屬于納米材料、金屬有機配合聚合物和催化等技術領域。

背景技術

在能源稀缺的21世紀, 無污染可再生的氫氣，被認為替代化石燃料最有前景的新能源之一。然而，電解水反應過程中過高的電催化析氧過電位，嚴重降低了其電能利用率,限制了電解水制氫工業的發展。因此, 穩定和高效電催化析氧催化劑的研究開發，對于提高電解水工業的電能利用率具有非常重要的意義。

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、高活性的過渡元素氧化物催化劑，具有工業應用前景；碳基或雜原子摻雜的過渡元素氧化物復合材料催化劑也是析氧催化劑的創新性選擇。

近年來，金屬有機配位聚合物在氣體儲存、分離、催化、識別和藥物傳輸等領域獲得了廣泛的應用，其周期性的結構以及結構的多樣性，提供了以其為前體構建碳或(和)金屬基納米材料的獨特優勢。目前，源于金屬有機配位聚合物前體或模板功能材料的研究日益增多，例如，多孔碳、金屬氧化物、金屬/碳和金屬氧化物/碳納米材料已被報道，所構建的金屬氧化物，用于高效超級電容器、鋰離子電池和氧還原等，已顯現出優異的性質，但常采用的策略是600-800℃的高溫熱解，該高溫過程，金屬有機配位聚合物前體常常框架倒塌導致生成的納米氧化物團聚。

發明內容

本發明的技術任務之一是為了彌補現有技術的不足，提供一種氧化鎳和硫化鎳納米粒子摻雜碳氮雜化材料的制備方法的制備方法，該方法所用原料成本低，制備工藝簡單，反應能耗低，具有工業應用前景。

本發明的技術任務之二是提供該一種NiO/NiS/CN納米雜化材料的用途，即將該雜化材料用于高效催化電解水析氧，該催化劑具有良好的析氧電催化活性與電化學穩定性。

本發明的技術方案如下：

1. 一種NiO/NiS/CN納米雜化材料的制備方法，制備步驟如下：

（1）采用咪唑基配體HL和泡沫鎳Ni為原料，氧化還原自組裝制備泡沫鎳負載金屬有機配位聚合物Ni@NiL復合材料；

所述咪唑基配體HL，構造式如下：

咪唑基配體HL制備方法如下：

10 mmol咪唑-4-甲醛溶于20-30 mL甲醇；10 mmol的L-蛋氨酸和5 mmol碳酸鈉溶于20-30 mL水中；兩溶液共混，加熱回流1h；將混合液旋蒸，60℃干燥，制得咪唑基配體HL，產率92-95%；

（2）將Ni@NiL復合材料復合材料在空氣氛煅燒，制得泡沫鎳負載氧化鎳和硫化鎳納米粒子摻雜碳氮雜化材料，即NiO/NiS/CN納米雜化材料。

所述步驟（1）中采用咪唑基配體HL和泡沫鎳Ni為原料，氧化還原自組裝制備泡沫鎳負載金屬有機配位聚合物Ni@NiL復合材料，步驟如下：

將1.0-1.5g咪唑基配體HL溶于15-18 mL水，制得咪唑基配體HL水溶液；