[發明專利]模板法制備Co(OH)2@Co-BDC復合電極

在審

• 申請號: 201810864394.3
• 申請日: 2018-08-01
• 公開（公告）號: CN109208026A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 李建榮;何鵬琛;周健;周阿武;豆義波
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B1/04;H01M4/90;H01M4/88
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

模板法制備Co(OH)₂@Co?BDC復合電極，屬于能源轉換和儲能的技術領域。通過簡單的水熱反應在鎳片基底上均勻生長Co(OH)₂，進而在其陣列結構上表面原位生長對應金屬離子的MOF，制得Co(OH)₂@Co?BDC復合材料得到了一種陣列上穿插納米片的結構。Co(OH)₂@Co?BDC復合電極材料與單一Co(OH)₂相比具有較低的析氧電位，且相同電勢下對應的電流密度較大，可應用在電催化分解水和電池儲能等新能源轉換領域。

技術領域

本發明屬于電化學轉換和儲能的技術領域，技術涉及氫氧化物與金屬有機框架(MOFs)復合材料的制備方法，特別是基于鎳片基底表面的鈷基氫氧化物納米陣列修飾生長Co-BDC構筑的Co(OH)₂@Co-BDC復合電極。

背景技術

隨著全球能源需求的不斷增加和環境問題的惡化，發展清潔，綠色和可持續的能源資源作為傳統化石燃料的替代品至關重要。

為了解決能源短缺和環境污染問題，人們致力于開發高效，低成本，環保的替代能源轉移和儲存系統。電催化劑對可再生能源技術的發展起著至關重要的作用，例如可充電金屬-空氣電池和燃料電池。因此，采用高活性和耐用的電催化劑來加速析氧反應對商業燃料電池和可充電金屬-空氣電池應用具有實際意義。水分解過程包含OER和HER，由于復雜的四電子過程，OER比HER更苛刻，這極大地限制了整個反應的效率和動力學。為了滿足應用的要求，長期需要開發廉價，無毒和有效的催化劑以刺激水分解的緩慢動力學，探索和開發催化活性高以及穩定性良好的新型電催化劑成為人們研究的熱點。

金屬有機框架是由金屬或金屬簇狀結構與多齒有機配體相互連接而構成的一類多孔材料。由于其具有超高比表面積和高孔隙率、可調的孔尺寸以及可功能化的框架結構，因此逐漸被用于電化學儲能領域，例如鋰-空電池、燃料電池及太陽能電池等。為了開發新型MOF電極材料，我們將注意力集中在基于1,4-苯二甲酸酯的MOF上，因為具有羧酸鹽官能團作為成核位點的對苯二甲酸(H₂BDC)構建了許多MOF結構，可以作為持續發展提供富裕的候選物。此外，H₂BDC可從聚對苯二甲酸乙二醇酯的再循環和芳烴氧化的代謝物中大量獲得，滿足未來大規模生產的要求。但是由于單一MOFs自身導電性較差和有效活性位點較少，導致其電化學性能較弱。因此構筑MOFs復合物改善其導電性和穩定性的問題可以有效提高電流密度和轉化效率。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種在鎳片基底生長Co(OH)₂@MOF的復合結構，得到了在已有陣列結構上原位穿插MOF納米片的復合結構。

本發明的Co(OH)₂@Co-BDC復合結構，通過水熱反應在鎳片基底上垂直均勻生長Co(OH)₂片狀結構陣列，進而在Co(OH)₂片狀結構表面原位生長Co-BDC，Co-BDC穿過或搭在多個Co(OH)₂片狀結構之間，構筑得到Co(OH)₂@Co-BDC復合結構。

Co(OH)₂@Co-BDC復合結構的制備方法，其特征在于，主要分為兩步，第一步是在鎳片基底上通過水熱反應生長Co(OH)₂陣列；第二步是在陣列表面進一步生長對應金屬離子的MOF，最終得到Co(OH)₂@Co-BDC復合電結構。

本發明上述復合材料的合成方法，具體包括以下步驟：