[發明專利]一種高價態金屬原子可控摻雜羥基氧化鈷及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202010323139.5
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN113546637A
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 鄧德會;唐雷
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J23/888
• 分類號: B01J23/888;C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 毛薇;李馨

1.一種金屬摻雜羥基氧化鈷材料，其特征在于，所述金屬為Mo或W中的至少一種；所述金屬以單原子形式摻雜在羥基氧化鈷晶格中；所述金屬摻雜羥基氧化鈷材料為空心立方體框架結構；所述框架結構為二維層狀納米片相互交聯構成。

2.根據權利要求1所述的金屬摻雜羥基氧化鈷材料，其特征在于，所述摻雜金屬與羥基氧化鈷中的鈷元素的物質的量比為1～2:4，當摻雜金屬為Mo和W共摻雜時，Mo和W的物質的量比為1～9:3。

3.根據權利要求1所述的金屬摻雜羥基氧化鈷材料，其特征在于，所述空心立方體框架結構的外框長度為300～500nm，內框長度為100～400nm；所述二維層狀納米片的厚度為1～3nm。

4.一種權利要求1-3任意一項所述的摻雜羥基氧化鈷材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)利用陽離子型銨鹽作為表面活性劑，在水相中共沉淀二甲基咪唑和金屬鈷鹽得到立方體型的ZIF-67模板；

(2)將ZIF-67模板溶于乙醇中，再與溶有摻雜金屬鹽的水溶液混合，形成包含鈷源、鉬源和鎢源的混合乙醇-水體系；所述摻雜金屬鹽為鉬酸鹽和/或鎢酸鹽；

(3)將上述混合乙醇-水體系在油浴加熱和冷凝回流的條件下反應后，離心、洗滌、干燥，得所述金屬摻雜羥基氧化物材料。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，

步驟(1)中所述陽離子型銨鹽為十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十二烷基二甲基溴化銨、十八烷基三甲基氯化銨或十八烷基三甲基溴化銨中的至少一種；

所述金屬鈷鹽為鈷陽離子的硝酸鹽、硫酸鹽、氯化鹽或醋酸鹽中的至少一種。

6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，

步驟(1)具體為：將陽離子型銨鹽和金屬鈷鹽溶于水中得到溶液A，將二甲基咪唑溶于水中得到溶液B，將溶液A和溶液B混合得到混合溶液，攪拌、離心、洗滌，得到立方體型的ZIF-67模板。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，

步驟(1)中所述陽離子型銨鹽表面活性劑在混合溶液中的量濃度為0.1～0.5mM；

步驟(1)中所述二甲基咪唑在混合溶液中的量濃度為500～800mM；

步驟(1)中所述鈷離子鹽在混合溶液中的量濃度為10～20mM；

步驟(1)中所述共沉淀溫度為10～50℃，處理0.1～1小時。

8.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中所述鉬酸鹽為鉬酸銨、鉬酸鈉或鉬酸鉀中的至少一種；

所述鎢酸鹽為鎢酸銨、鎢酸鈉或鎢酸鉀中的至少一種；

所述ZIF-67在乙醇中的濃度為2～5mg/ml，所述摻雜金屬鹽在水溶液中的濃度為5～10mg/ml；所述乙醇與水的體積比為1～3:1。

9.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中所述油浴加熱溫度為60～120℃；所述冷凝水的溫度為20～30℃。

10.一種權利要求1-3任意一項所述金屬摻雜羥基氧化鈷材料的應用，其特征在于，所述材料作為電極材料應用于電催化析氧體系。