[發明專利]一種梭形結構電催化析氧材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202110030511.8
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112877730B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 張紅秀;杜以法
• 申請（專利權）人: 臨沂大學
• 主分類號: C25B11/095
• 分類號: C25B11/095;C25B1/04;C25D9/02;C25D9/04;H01M4/90
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張曉鵬

本發明公開了一種梭形結構電催化析氧材料及其制備方法與應用，包括如下步驟：將石墨片通過強酸浸泡進行預處理；將預處理后的石墨片作為工作電極，構建三電極體系進行電沉積，電解質溶液為CoCl₂和二甲基咪唑的混合液，得沉積有微米片的石墨片；將沉積有微米片的石墨片進行高溫煅燒，得到電催化析氧材料。利用常溫電沉積方法，獲得了新型的梭形結構微米片，豐富了MOFs基電催化材料的種類，有效提高了該類材料在堿性條件下的催化析氧性能。

技術領域

本發明涉及MOFs衍生材料合成技術領域，具體涉及一種梭形結構電催化析氧材料及其制備方法與應用。基于常溫電化學沉積方法耦合高溫煅燒處理獲得的梭形結構電催化析氧材料為微米尺度的MOFs衍生材料，具有高效的電催化析氧能力。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

在全分解水、氫氧燃料電池、金屬-空氣電池等電催化能源轉化體系中，一系列的電化學反應過程是實現化學能與電能相互轉化的關鍵。比如析氫反應（HydrogenEvolution Reaction, HER）、產氧反應（Oxygen Evolution Reaction, OER）以及氧還原反應（Oxygen Reduction Reaction, ORR）等。對于OER 和ORR等多電子反應過程，其反應由多步電子轉移步驟、多種中間體的形成以及化學鍵的生成和斷裂等組成，緩慢的動力學過程是限制相關能源轉化器件性能提升的關鍵因素。由于電化學催化劑可以降低化學反應的勢壘，因此在電極材料上負載高效的催化劑是提高電極表面反應動力學的有效措施。

目前，應用于電催化的電極材料主要分為：以RuO₂、IrO₂等為代表的貴金屬基材料，以Fe、Co、Ni等為代表的過渡金屬基復合材料。貴金屬材料因其高的催化活性被廣泛應用在各類能源器件中，但因其儲量稀少，價格昂貴，制約著大規模商業化應用，因此，過渡金屬基材料被寄予厚望。其中，金屬-有機骨架配合物(Metal-organic Frameworks，縮寫為 MOFs)被認為是設計和制備各類過渡金屬基材料的天然模板，并被廣泛應用于能源轉化和存儲等領域。MOFs是一類具有周期性和多孔結構的化合物，其配位中心是金屬離子，配位骨架是有機分子，是一種有機和無機的雜化材料，所以它與常規的無機多孔材料和有機配合物又有所區別。研究表明，材料的微觀形貌與其催化性能之間存在緊密的聯系，由于MOFs材料具有極大的比表面積和孔體積，從而可以實現功能材料的定向設計。更為重要的是，通過后續熱解處理等步驟，MOFs可以精確轉化為目標功能材料。但是現有技術中，MOFs的制備多在有機溶劑進行，并且最終產品為粉末狀或顆粒狀，后續使用比較困難，并且在使用過程中加入的交聯劑較大影響材料性能的發揮。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種梭形結構電催化析氧材料及其制備方法與應用。利用常溫電沉積方法，獲得了新型的梭形結構微米片，豐富了MOFs基電催化材料的種類，有效提高了該類材料在堿性條件下的催化析氧性能。

為解決以上技術問題，本發明的以下一個或多個實施例提供了如下技術方案：

第一方面，本發明提供一種梭形結構電催化析氧材料的制備方法，包括如下步驟：

將石墨片通過強酸浸泡進行預處理；

將預處理后的石墨片作為工作電極，構建三電極體系進行電沉積，電沉積溶液為CoCl₂和二甲基咪唑的混合液，得沉積有微米片的石墨片；

將沉積有微米片的石墨片進行高溫煅燒，得到電催化析氧材料。

第二方面，本發明提供一種梭形結構電催化析氧材料由所述制備方法制備而成。

第三方面，本發明提供所述梭形結構電催化析氧材料在電催化析氧中的應用。