[發(fā)明專利]一種鈷-金屬有機(jī)框架納米片及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010691422.3
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111995760A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龐歡;柏楊;鄭莎莎;劉春麗
• 申請（專利權(quán)）人: 揚(yáng)州大學(xué)
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;B01J31/22;B01J35/00;C25B1/04;C25B11/06;H01G11/24;H01G11/30
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發(fā)明公開了一種鈷?金屬有機(jī)框架納米片及其制備方法和應(yīng)用，該納米片經(jīng)過鈷離子和有機(jī)配體自組裝而成，其中，鈷離子為二價(jià)離子Co²⁺，有機(jī)配體為吡啶和4,4’?聯(lián)吡啶，該納米片形貌為二維片狀結(jié)構(gòu)，長為500至4000 nm，寬為200至1000 nm，厚度為10至70 nm，可以作為電催化析氧反應(yīng)電極材料和超級電容器電極材料，其形貌均一，長寬/厚度比值大，表現(xiàn)出優(yōu)秀的析氧反應(yīng)電催化能力和超級電容器儲電能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電催化水分解和超級電容器電極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈷-金屬有機(jī)框架材料及其制備方法和電催化水分解和超級電容器方面的應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前，工業(yè)生產(chǎn)和交通出行所使用的能源大多依賴于化石能源如煤炭、天然氣和石油。這些有限資源的消耗及其對環(huán)境的影響迫使研究工作者們尋求可替代的能源。氫能具有清潔、可再生、熱效高等優(yōu)勢，對控制污染和溫室效應(yīng)起到巨大推進(jìn)作用，近年來吸引了越來越多的關(guān)注。電催化水分解是制氫的有效手段，但依賴于電催化材料的催化。目前商業(yè)化的電催化材料主要通過鉑、釕和銥等貴金屬及其氧化物降低電解過電勢，但儲量少、價(jià)格昂貴、易毒化，其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用受到限制。因此，研究非貴金屬催化劑替代貴金屬催化劑相關(guān)的科學(xué)問題，為實(shí)現(xiàn)降低成本、推動(dòng)新型能源商業(yè)化提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。同時(shí)，隨著現(xiàn)代社會對移動(dòng)、便攜式能源需求的日益增長，將能源進(jìn)行存儲與轉(zhuǎn)化，研發(fā)具有高功率密度、高能量密度且綠色安全的化學(xué)電源是當(dāng)代的研究重點(diǎn)。超級電容器，又稱電化學(xué)電容器，是介于傳統(tǒng)電容器與二次電池之間的儲能器件。相比于電池，超級電容器具有更快的充放電速率和更高的功率密度；相比于燃料電池，其電極材料的來源更加廣泛，器件制作成本較低。目前，超級電容器已在電子設(shè)備、移動(dòng)通訊以及電動(dòng)汽車等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

電催化水分解反應(yīng)中，陽極上發(fā)生的析氧反應(yīng)起始電位較大，需要的電位大于平衡電位，即過電勢高，且反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢，穩(wěn)定性差，制約了電化學(xué)產(chǎn)氫的進(jìn)一步應(yīng)用與發(fā)展。超級電容器的廣泛應(yīng)用受制于其電容量大小，提高超級電容器電極材料的穩(wěn)定性和導(dǎo)電性是亟待解決的關(guān)鍵問題。因此，為了改善電極的電化學(xué)性能，提高催化活性，提升超級電容器儲能效力，研發(fā)新型功能材料吸引了眾多研究者的關(guān)注(J. Mater. Chem. A,2019, 7, 15851; Small, 2019, 1903410; Adv. Funct. Mater., 2017, 27, 1605784.)

金屬有機(jī)框架材料（MOFs）也稱配位聚合物，是近年來發(fā)展迅速也是最為火熱的一種材料。其具有三維的孔結(jié)構(gòu)，一般以金屬離子為連接點(diǎn)，有機(jī)配體支撐構(gòu)成空間3D延伸，系沸石和碳納米管之外的又一類重要的新型多孔材料，在催化、儲能和分離中都有廣泛應(yīng)用。相比與其他材料，因?yàn)楸缺砻娣e大、孔隙率高、結(jié)構(gòu)易控，MOFs被認(rèn)為是未來納米領(lǐng)域中最有前景的材料之一。目前，MOFs作為析氧反應(yīng)催化劑和超級電容器電極材料已得到了一定進(jìn)展(Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 7051; Adv. Mater., 2019, 31, 1901139;Adv. Mater. Interfaces, 2018, 5, 1701548.)，但其催化活性、穩(wěn)定性仍有待進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種鈷-金屬有機(jī)框架材料，該材料可以提升析氧反應(yīng)電催化活性和穩(wěn)定性，提高超級電容器的儲能效力。

一種鈷-金屬有機(jī)框架納米片，該納米片經(jīng)過鈷離子和有機(jī)配體自組裝而成，其中，鈷離子為二價(jià)離子Co²⁺，有機(jī)配體為吡啶和4,4’-聯(lián)吡啶。

優(yōu)選的，該納米片形貌為二維片狀結(jié)構(gòu)，長為500至4000 nm，寬為200至1000 nm，厚度為10至70 nm。