[發明專利]一種電催化全分解水CoZn-LDHs-ZIF@C復合結構材料及制備方法、應用

有效

• 申請號: 201910293811.8
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN110075853B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 王剛;馬謙;王俊鵬;車全德;楊萍
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: B01J23/80
• 分類號: B01J23/80;C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 陳娟

本發明屬于無機納米催化材料領域，具體涉及一種電催化全分解水CoZn?LDHs?ZIF@C復合結構材料及制備方法、應用。本發明制備的CoZn?LDHs?ZIF@C復合結構材料為多級結構形貌，其中CoZn?LDHs為片層狀結構，ZIF復合物為大小較為均一的顆粒狀，低溫熱處理后復合材料的比表面積為1125.1?193.0 m²/g。本發明制備的樣品CoZn?LDHs?ZIF@C?200，CoZn?LDHs?ZIF@C?250，CoZn?LDHs?ZIF@C?300，CoZn?LDHs?ZIF@C?350，CoZn?LDHs?ZIF@C?400在堿性的電解液中表現出優良的電催化析氫和析氧性能，以及全分解水性能；具有方法簡單，反應條件溫和，操作方便，耗能少等優點。

技術領域

本發明屬于無機納米催化材料領域，具體涉及一種電催化全分解水CoZn-LDHs-ZIF@C復合結構材料及制備方法、應用。

背景技術

隨著人類社會進步，化石能源的廣泛應用在其中產生了極大促進作用，同時也造成嚴重的環境污染等不良后果。為實現現代社會的可持續發展，人們對可再生的綠色能源的需求越來越迫切，尋找和開發可再生的綠色能源材料顯得十分有必要。我們知道水是地球上儲量巨大的、而且是可再生的清潔資源，已被人們廣泛應用于生活、生產等各個方面。全分解水是一種極具應用前景的化學儲能手段，高效的催化劑可以提高全分解水中兩個半反應的反應效率。同時可以簡化電分解水產氫裝置，提高產氫綜合效率，降低生產成本。因此設計出具備同時析氫和析氧的雙功能催化劑是我們需要考慮的重點。開發出具備較高活性并且穩定的雙功能催化劑具備重要的現實意義。

析氫反應（hydrogen evolution reaction，HER)、析氧反應（oxygen evolutionreaction，OER)在全分解水、燃料電池等電化學能源應用中起著至關重要的作用。目前商業化應用的HER、OER催化材料主要為Pt、Ru、Ir等貴金屬及其氧化物。這些貴金屬由于地球上儲量有限、價格高昂、而且易被毒化等原因，一定程度上阻礙了燃料電池和電化學儲能等領域的進一步發展及應用。且現有技術中，層狀雙金屬氫氧化物中（Layered DoubleHydroxides，LDHs）中的金屬元素價態單一，在電催化過程中無法高效的進行電子轉移，電催化效率低下。開發可代替的非貴金屬催化劑成為電催化研究的重點。

發明內容

針對現有技術的上述不足，本發明提供一種電催化全分解水CoZn-LDHs-ZIF@C復合結構材料，該復合結構材料具有優良的電催化析氫，析氧以及全分解水性能，且產物微觀形貌新穎、特殊。

本發明還提供了一種電催化全分解水CoZn-LDHs-ZIF@C復合結構材料的制備方法，該方法合成過程簡單，成本低廉，條件溫和。

本發明還提供了一種電催化全分解水CoZn-LDHs-ZIF@C復合結構材料的應用。

本發明為了實現上述目的所采用的技術方案為：

本發明提供了一種電催化全分解水CoZn-LDHs-ZIF@C復合結構材料，所述的CoZn-LDHs-ZIF@C為多級結構形貌，其一級結構CoZn-LDHs為納米薄片，薄片厚度為30-50nm，二級結構為微米球，大小為15- 20μm；所述ZIF-67,8粒子尺寸為200-500nm，形貌為不規則形狀納米粒子。

進一步的，該復合結構采用的制備方法為：在泡沫鎳網上首先生長一層CoZn-LDHs多級結構，然后在其表面原位生長ZIF-67,8，最后在氬氣氣氛下不同溫度煅燒得復合結構材料；所述的CoZn-LDHs-ZIF@C在不同溫度下，氬氣氣氛中煅燒后得到的電催化催化材料為CoZn-LDHs-ZIF@C-200，CoZn-LDHs-ZIF@C-250，CoZn-LDHs-ZIF@C-300，CoZn-LDHs-ZIF@C-350，CoZn-LDHs-ZIF@C-400的復合結構電催化材料；所述的CoZn-LDHs-ZIF@C-XXX，是指經過不同溫度煅燒后的復合結構材料，XXX=200，250，300，350，400攝氏度。