[發明專利]單孔共價有機框架化合物與金屬復合析氫催化劑的制備方法及應用

在審

• 申請號: 202011048941.4
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112281186A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 喬山林;張博穎;李青;白若男;王文搏;張云瑞;王寧
• 申請（專利權）人: 河北科技大學
• 主分類號: C25B11/095
• 分類號: C25B11/095;C25B11/097;C25B1/04
• 代理公司: 石家莊科誠專利事務所(普通合伙) 13113
• 代理人: 賀壽元;左燕生

本發明屬于催化劑制備領域，公開了一種單孔共價有機框架化合物與金屬復合析氫催化劑的制備方法，經過先制備單孔共價有機框架化合物，再與十二烷基硫酸鈉、金屬鹽溶于超純水水中等步驟即得催化劑；另一種單孔共價有機框架化合物與金屬復合析氫催化劑的制備方法，經過先制備單孔共價有機框架化合物，再與金屬鹽溶于超純水水中等步驟即得催化劑。本發明的制備方法簡單，成本低廉。本發明的制備方法適用于制備單孔共價有機框架化合物與金屬復合析氫催化劑，所制的單孔共價有機框架化合物與金屬復合析氫催化劑適用于工業電催化析氫反應中制備氫。

技術領域

本發明屬于催化劑制備領域，涉及一種析氫催化劑的制備方法，具體地說是一種單孔共價有機框架化合物與金屬復合析氫催化劑的制備方法與應用。

背景技術

新能源產業的快速發展，電催化能源轉化和存儲技術在取代化石能源、減少碳排放、獲得高附加值化學品方面發揮了重要的作用。電催化劑，是用于在電解器中催化水分解為氫氣與氧氣的反應的一種特殊催化劑，這一反應生成的氫氣可以存儲，并隨時可以再次轉化為電能，整個過程中唯一的副產品就是電解水，還可以被再利用，堪稱最綠色的能源系統。優異的電催化材料是實現該技術的關鍵因素，而金屬鉑是制氫過程中催化效果最好的催化劑，這是由于金屬鉑具有最佳的H⁺吸附和解吸能力，但是由于金屬鉑在自然界中資源匱乏且價格昂貴，導致金屬鉑作為催化劑并未在工業生產中得到很好的發展。因此，設計和發展新型電催化劑并提高其電催化性能是目前電催化能源轉化的當務之急。

發明內容

本發明的目的，是要提供單孔共價有機框架化合物與金屬復合析氫催化劑的制備方法，以制備能夠替代貴金屬鉑而應用于工業生產的電催化析氫的催化劑，從而降低電催化析氫反應的成本。

本發明為實現上述目的，所采用的技術方法如下：

一種單孔共價有機框架化合物與金屬復合析氫催化劑的制備方法，按照以下步驟進行：

(a1)單孔共價有機框架化合物的制備

將無水氯化鋅和2,2'-聯吡啶-5,5'-二甲腈加入容器中，對容器進行抽氣，然后將容器于脫氣狀態下密封；將密封的容器于室溫梯度升溫后反應，再冷卻至室溫后，打開容器，得到反應物A；將反應物A研磨成粉末后，去除氯化鋅，得到黑色粉末B；將黑色粉末B淋洗后，干燥，即得單孔共價有機框架化合物；

(a2)單孔共價有機框架化合物與金屬復合析氫催化劑的制備

將單孔共價有機框架化合物、十二烷基硫酸鈉、NiCl₂·6H₂O、CoCl₂·6H₂O、CuCl₂·2H₂O、醋酸鈀和氯鉑酸溶于超純水水中，形成均勻溶液C，再滴入氫氧化鈉水溶液，形成均勻溶液D，之后再加入磷酸二氫鈉形成均勻溶液E；將均勻溶液E轉移到聚四氟乙烯內襯不銹鋼高壓釜中，反應即得到單孔共價有機框架化合物與金屬團簇復合材料，再去除無用離子，真空干燥，即得單孔共價有機框架化合物與金屬復合析氫催化劑。

作為限定：步驟(a1)中對容器抽氣采用真空泵抽氣，且保持5-10min；密封容器的升溫方式為置于管式爐中升溫，從室溫梯度升溫加熱至400-600℃，且保持 30-40h；去除氯化鋅的方式為采用去離子水洗至少三次來移除氯化鋅，再用稀酸在室溫條件下攪拌10-20h進一步去除氯化鋅之后，過濾；淋洗方式為先用去離子水淋洗至少三次，再用有機溶劑淋洗至少三次；干燥方式為將黑色粉末B放入真空烘箱， 100-150℃下干燥20-30h。

作為進一步限定：步驟(a1)稀酸為0.1mol/L的鹽酸或者硫酸；有機溶劑為丙酮、四氫呋喃、二氯甲烷中的至少一種。