[發(fā)明專利]鈷基配位聚合物及其作為電催化產(chǎn)氫催化劑的用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910324856.7
• 申請(qǐng)日: 2019-04-22
• 公開（公告）號(hào): CN109970988B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙君;周毅成;董文文;吳亞盤;李東升;張其春;卜賢輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號(hào): C08G83/00
• 分類號(hào): C08G83/00;B01J31/22;C25B1/04;C25B11/085
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 成鋼

本發(fā)明公開了一種鈷基配位聚合物材料的制備方法及其在電催化分解水產(chǎn)氫方面的應(yīng)用。本發(fā)明以高氯酸鈷、3?（吡啶?4'?基）?5?（4''?羰基苯基）?1,2,4?三唑基（Hpycz）和NaOH為原料在乙腈和DMF中溶劑熱合成得到紫色塊狀晶體。該方法所得到晶體作為催化劑具備一定的電解水產(chǎn)氫能力，在電流密度為10mV cm^?2時(shí)析氫電位為223mV，Tafel斜率為121mV dec^?1。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：該金屬有機(jī)框架材料合成工藝較為簡(jiǎn)單，晶體純度高，并且具有較好的電催化析氫性能，為尋找低價(jià)格、高效率的電催化產(chǎn)氫催化劑提供了一種新的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鈷基金屬配位聚合物材料的制備方法及其電催化產(chǎn)氫方面的應(yīng)用。

背景技術(shù)

發(fā)展清潔及可再生能源材料是解決目前傳統(tǒng)化石能源消耗帶來的環(huán)境污染和能源短缺問題的有效途徑。氫能作為一種綠色、清潔且高效的可再生能源，由于其比能量高、燃燒性能好、燃燒產(chǎn)物只有水，無污染等眾多優(yōu)勢(shì)成為了人們關(guān)注的最為理想的燃料。人們一般通過光解水、電解水、煤制氫、油制氫和天然氣制氫等方法來制備氫氣，目前，后三者可以工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)氫氣，前兩種方法中經(jīng)常會(huì)用到過電位較小的Pt貴金屬，由于金屬Pt昂貴的價(jià)格和稀少的存儲(chǔ)量限制了它的廣泛應(yīng)用，因此，尋找高效、廉價(jià)的催化劑來取代昂貴的金屬Pt材料是突破此類方法的一種有效渠道。配位聚合物又或者稱金屬有機(jī)框架化合物是由無機(jī)金屬中心（金屬離子或者金屬簇）與橋連的有機(jī)配體通過自組裝互連而形成的一類具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。因其獨(dú)特的可設(shè)計(jì)性、高比表面積、孔道可調(diào)控性、較多活性位點(diǎn)等特點(diǎn)在電催化產(chǎn)氫領(lǐng)域受到人們的廣泛關(guān)注。配位聚合物中的金屬中心可以認(rèn)為是被不同長(zhǎng)度的有機(jī)分離的量子點(diǎn)，因此在電催化反應(yīng)時(shí)可以縮短電荷轉(zhuǎn)移擴(kuò)散的距離，而且，其比表面積可以通過摻雜和改變有機(jī)配體的種類來調(diào)控以期達(dá)到最優(yōu)效果。然而，配位聚合物本身的導(dǎo)電性能一般都不是很理想，所以人們經(jīng)常通過將其與導(dǎo)電炭黑、乙炔黑、石墨烯等導(dǎo)電性能優(yōu)異的材料進(jìn)行復(fù)合。材料在不同復(fù)合方法所表現(xiàn)出來的電催化性能也不盡相同，對(duì)大量合成該類復(fù)合型催化劑帶來一定的麻煩。目前，配位聚合物與導(dǎo)電材料的復(fù)合在一定程度上面可以部分解決材料導(dǎo)電性問題，但是隨之而來的問題也不少：比如復(fù)合之后活性位點(diǎn)的減少，復(fù)合組份之間的結(jié)合牢固性與穩(wěn)定性等也會(huì)影響催化劑的催化能力。因此，單組份配位聚合物材料作為電催化產(chǎn)氫的催化劑可以最大限度保留活性位點(diǎn)，去除組份之間的結(jié)合穩(wěn)定性問題，在實(shí)際應(yīng)用中有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，加之此類無需摻雜的本征催化劑材料在結(jié)構(gòu)上的準(zhǔn)確性，人們可以更好地探索性能與結(jié)構(gòu)之間的構(gòu)效關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)單純配位聚合物材料電催化產(chǎn)氫催化劑材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及性能優(yōu)勢(shì)，本發(fā)明通過選取催化性能優(yōu)良的鈷金屬中心與直線型的含N羧酸類有機(jī)配體在溶劑熱條件下制備電催化性能較好的鈷基配位聚合物，從而提供該類材料的制備方法及其在電催化產(chǎn)氫領(lǐng)域中的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，該材料在0.5M的硫酸溶液中具有穩(wěn)定性的鈷基金屬有機(jī)框架電催化材料的水熱-溶劑熱法制備，包括以下步驟：

包括以下步驟：

（1）取六水合高氯酸鈷、3-（吡啶-4'-基）-5-（4''-羰基苯基）-1,2,4-三唑基（Hpycz）、乙腈、DMF、0.05-0.15mol/L NaOH溶液放入容器中，超聲、分散得到混合溶液:；

（2）將上述步驟（1）所得到的混合溶液轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)；

（3）將裝有混合溶液的反應(yīng)釜放至恒溫烘箱中進(jìn)行反應(yīng)，然后緩慢降至室溫，可得紫色塊狀晶體；