[發明專利]一種基于MOFs和LDH結合的多級結構電催化劑制備方法

在審

• 申請號: 201911167907.6
• 申請日: 2019-11-25
• 公開（公告）號: CN111135866A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 劉毅;楊夢雅;趙蓉;王歡
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;B01J31/28;B01J35/10
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 徐關壽

本發明公開了一種基于MOFs和LDH結合的多級結構電催化劑制備方法，包括以下步驟：1)將甲醇和去離子水混合得到混合溶劑；2)將鈷鹽、鎳鹽和N,N,N?三甲基1?十六烷基溴化銨溶于混合溶劑中，攪拌均勻，得到溶液A；3)在溶液A中加入親水碳布，反應得到CoNi?LDH?CF；4)將鈷鹽和2?甲基咪唑溶解于甲醇溶液中形成溶液B；5)在溶液B中加入的CoNi?LDH?CF材料，反應得到CoNi?LDH/ZIF?67?CF材料。本發明制備方法簡單、成本低、催化性能優異，制得的電催化劑具有大比表面積、結構規則、摻雜均勻，分布均勻的特征，將LDH與MOFs材料結合形成一種多級結構的電催化劑，在催化過程中，可以將二者的優勢結合，而且展現多級結構材料催化的優勢，從而大大增進材料催化性能。

技術領域

本發明屬于材料化學領域，尤其是涉及一種基于MOFs和LDH結合的多級結構電催化劑制備方法。

背景技術

雙金屬氫氧化物(LDH)是一類特殊結構和功能的主客體化合物,因其層狀結構導致的高表面積和不同金屬離子帶來的多種性質,受到了廣泛的關注。LDH材料及其衍生物通常具有非常優異的催化性能，在電化學領域具有十分重要的的開發潛力。過渡金屬基氧氣電催化劑是近年來的研究熱點，特別是鎳基材料。在電催化過程中摻雜鈷元素，可提升鎳基催化劑的性能，因此LDHs的發展備受關注。LDHs在ORR、OER中的催化性能與貴金屬氧化物催化劑相當，因此，在氧氣電催化領域有較廣泛的應用，且有望替代傳統催化劑。

金屬-有機骨架(MOFs)材料作為一種新型的多孔有機-無機雜化材料，具有種類繁多，功能多樣、結構可調等特點。與無機材料相類似，含有氧化還原活性金屬中心的MOFs也具有一定的電化學活性。MOFs具有有機分子配位的金屬位點和容易調節的孔結構，這也為其性能的優化提升提供了結構基礎。

析氧反應(OER)是一個動力學十分緩慢的四電子過程，該過程往往通過多步反應發生，在每個單獨步驟中都會伴隨單電子的轉移。因此，能量勢壘在每個單獨步驟的累積，最終使得OER動力學過程變得尤為緩慢，從而導致較大的過電位。為了克服OER期間的能量勢壘，獲得較小的過電位，必須設計出高穩定性以及低成本的電催化劑材料。近年來，逐漸開始有文獻報道非貴金屬基材料應用于OER電催化測試研究。與IrO₂和RuO₂等貴金屬基材料相比，非貴金屬基材料價格低廉，原料易得。但是，現在關于非貴金屬基材料作為OER催化劑的報道仍然十分有限，在其應用于OER反應過程中，過高的過電位仍使其研究受限。將LDH與MOFs材料結合形成一種多級結構的電催化劑，在催化過程中，可以將二者的優勢結合，而且展現多級結構材料催化的優勢，從而大大增進材料催化性能，且在反應過程中利用不同金屬原子間協同作用形成非貴金屬基材料也可以優化材料催化活性。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種具有良好OER電催化性能、制備方法簡單的基于MOFs和LDH結合的多級結構電催化劑制備方法。

本發明提供一種基于MOFs和LDH結合的多級結構電催化劑制備方法，包括以下步驟：

1)將甲醇和去離子水混合得到混合溶劑；

2)將鈷鹽、鎳鹽和N,N,N-三甲基1-十六烷基溴化銨溶于步驟1)的混合溶劑中，攪拌均勻，得到溶液A；

3)在溶液A中加入親水碳布，在140-240℃下反應10-20h，得到CoNi-LDH-CF；

4)將鈷鹽和2-甲基咪唑溶解于甲醇溶液中形成溶液B；

5)在溶液B中加入步驟3)得到的CoNi-LDH-CF材料，在100-180℃下反應10-20h，得到CoNi-LDH/ZIF-67-CF材料。

作為優選，所述步驟1)中甲醇與去離子水的體積比為2-8:1。