[發明專利]一種鈀摻雜有機金屬框架催化材料制備方法及應用

在審

• 申請號: 202010763466.2
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111744554A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 聶明;薛真洪;孫海;廖建明
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;B01J35/10;C25B1/04;C25B11/06
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本發明公開了一種鈀摻雜有機金屬框架催化材料制備方法及應用，屬于電化學領域，該催化材料的制備方法如下：通過水熱法合成鎳?有機金屬框架，再用原位還原法將鈀摻雜入鎳?有機金屬框架中，得到鈀摻雜有機金屬框架催化材料，以該方法制備的催化劑不僅具有電荷轉移效率高且堿性析氫性能優異：在N₂飽和1 M KOH溶液中，該催化材料的起始電位（即電流密度為?1 mA·cm^?2時的電位）比鎳?金屬有機框架正移660 mV，且電流密度為?10 mA·cm^?2時，其析氫過電勢為50 mV，比鎳?金屬有機框架(683 mV)降低了633 mV。

技術領域

本發明屬于電化學領域，具體涉及一種鈀摻雜有機金屬框架催化材料制備方法及應用。

背景技術

隨著世界能源消耗和環境污染的加劇，人們迫切需要開發新的可持續的清潔能源。氫能以其高能量密度和無污染的特性被認為是一種替代傳統化石能源的理想能量載體。眾所周知，氫氣可以通過各種方法產生，如電解水、化學方法和生物過程。其中，電解水制氫被認為是最清潔的方法之一，并有廣闊的應用前景。當前，鉑或鉑基等貴金屬材料，被證明是電解水制氫的最佳電催化劑。然而，其高昂的價格和稀有程度限制了其實際應用。因此，尋找穩定、廉價、高效的電催化劑是目前研究的重點和難點之一。

最近開發的有機金屬框架(MOFs)已被證明是一種新型的理想前體，可用于簡單合成各種多孔碳基納米材料，具有均勻和可定制的孔隙率，高比表面積等。一些MOFs衍生的多孔碳基材料已經在許多領域被證明是活性電催化劑。但其導電性差在電催化領域應用較少。針對上述問題，在MOFs中摻雜客體金屬增強其導電性并用于電催化析氫的發明是解決上述問題最佳方案之一。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的之一在于提供一種鈀摻雜有機金屬框架催化材料制備方法及應用；目的之二在于提供一種鈀摻雜有機金屬框架催化材料；目的之三在于提供一種該催化材料在堿性溶液中電催化析氫反應中的應用。

為了實現上述目標，本發明提供如下的技術方案：

1. 將金屬鎳源溶于去離子水形成A溶液，有機配體和表面活性劑分散到N,N-二甲基甲酰胺和無水乙醇的混合溶劑中形成B溶液,再將A，B溶液混合均勻轉移到不銹鋼反應釜中，在180-220℃下反應8-16h后離心取沉淀，將所述沉淀洗滌后真空干燥，得到鎳-金屬有機框架；所述金屬鎳源、有機配體與表面活性劑的質量比為1-10:1-5:1-5。

取一定量的鎳-有機金屬框架，表面活性劑 ，氯化鈀（PdCl₂）和硼氫化鈉 (BH₄Na)在磁力攪拌器的攪拌下依次加入到去離子水和無水乙醇混合溶劑中分散均勻，然后轉移到不銹鋼反應釜中，在180-220℃下反應8-16h后離心取沉淀，將所述沉淀洗滌后真空干燥，得到鈀摻雜有機金屬框架催化材料；所述鎳-有機金屬框架，表面活性劑，氯化鈀（PdCl₂）和硼氫化鈉 (BH₄Na)的質量比為200-500:1-10:0.1-1:1-10。

優選的，所述A，B溶液混合均勻具體為A，B分別在超聲功率為60-100W，超聲頻率為20-40Hz的條件下超聲10-60min，然后磁力攪拌10-20min，最后將B溶液滴加入A溶液中，繼續攪拌20-60min。

優選的，所述離心具體為以8000-12000r/min的速度離心3-5min。

優選的，所述真空干燥具體為在0.08-0.10MPa，50-80℃下干燥12-48h。

優選的，所述金屬鎳源為氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳或醋酸鎳中的一種；所述有機配體為均苯三甲酸或對苯二甲酸中的一種；所述表面活性劑為檸檬酸、檸檬酸三鈉、CTAB或PVP中的一種或多種。

2. 由所述的方法制備的鈀摻雜有機金屬框架催化材料。