[發明專利]一種多元異質金屬有機框架材料的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202110038329.7
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112778535B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 林健健;耿佳輝;鄭德華
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;B01J31/22;C25B11/095;C25B1/04
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 盛君梅

本發明公開了一種多元異質金屬有機框架材料的制備方法，包括：S101以三氯化銥/三氯化釕混合物和六水合硝酸鈷為金屬源，無水乙酸鈉為配體，于室溫在水中混合均勻，得到褐色混合液，即前驅體；S102將所述前驅體轉入高壓反應釜中，并加入Ti骨架于80?150℃下反應12?72小時，最終得到混合產物；S103待反應后的高壓反應釜冷卻至室溫后，將得到的混合產物離心，獲得黑色沉淀物，再將黑色沉淀物純化，即得多元異質金屬有機框架材料。本發明提供了由所述方法制備得到的多元異質金屬有機框架材料及其應用。本發明的多元異質金屬有機框架材料的制備方法簡單，容易操作，獲得的材料粒徑很小、尺寸均勻、比表面積非常大。

技術領域：

本發明涉及納米材料技術領域，尤其涉及一種多元異質金屬框架材料的制備方法及其應用。

背景技術：

能源和環境是與人類社會的可持續發展有關的兩個關鍵問題。目前，化石燃料(石油，煤炭和天然氣)仍占世界能源消耗的主要部分?；剂蠈嶋H上是各種化學工業的寶貴自然資源。這些不可再生資源作為燃料燃燒可能會在不久的將來迅速耗盡此外，化石燃料的燃燒會排放溫室氣體，例如CO₂，NO_x和SO_x，這會導致嚴重的環境問題。迫切需要用可再生的能源替代化石能源。

電化學水分解法是以氫的形式存儲清潔能源的有前途的方法，氫是一種具有高能量密度并且沒有碳排放的能量載體。然而，在實際的水電解過程中，需要額外的能量，稱為過電勢，以克服活化能高，動力學遲滯，能量效率低以及其他一些不利問題。所以，為使分水分解的廣泛實施在經濟上可行是必要的。一項關鍵要求是開發由富含地球的材料組成的高活性，穩定的電催化劑。

高性能催化劑材料的研發和制備對于推動環境友好型、可持續發展性新能源技術的發展至關重要。多元異質金屬有機框架由于其獨特的結構和優異電催化性能，被廣泛用作OER催化劑材料，應用于電極材料、空氣電池、鋰離子電池、電解水裝置等多個方面，因此探究催化劑材料在各個領域中的應用具有十分重要的實用價值。納米材料由于其獨特的量子尺寸效應，使其擁有更高的比表面積，從而增強了反應界面的有效接觸，有益于能量的轉換。

MOF被催化界視為均相催化劑異質化的理想平臺。確實，在很大程度上，MOF可以理解為排列在晶格中的分子，因此，通過晶體工程，給定的均相催化劑可以延伸通過這種晶格，從而產生具有固有催化活性的固體。本著這種精神，許多合成的MOF可被視為單中心催化劑。迄今為止，已提出了大多數三種不同的方法來實現固有的催化活性：(i)通過引入開放金屬位點(配位不飽和位點)，(ii)通過產生缺陷，以及(iii)通過使用有機接頭作為催化劑，可以通過直接或間接(合成后修飾)這些位點進行。應當指出的是，在此期間，MOF設計一直將重點放在基于三價和四價金屬的穩健MOF的使用上，并擴展了MOF的活躍催化反應范圍。盡管在大多數情況下，MOF在這些反應中的催化活性沒有達到最新技術水平，但我們認為這是該領域的重要進展，因為它解決了人們對反應條件下穩定性的疑慮。

鈷基MOF最近已被證明是OER中具有高活性的電極材料。多元異質金屬更是具有顯著的優勢。首先，我們可以增加活性位點：增加負載量、暴露活性位點數目。其次，我們可以提高本征活性：多元金屬協同催化。第三，將前兩條相互交叉、共同作用，能大大提高電極材料的催化活性。

通過上述分析，現有技術中盡管已有諸多多元異質金屬有機框架材料的制備及其應用，但是還沒有關于貴金屬三氯化銥和六水合硝酸鈷為金屬源，無水乙酸鈉為配體合成前驅體附著在Ti骨架上的研究，也沒有對于這種三元金屬MOF性能優劣的相關披露。

發明內容：

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種多元異質金屬有機框架材料的可控制備及其應用。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種多元異質金屬有機框架材料的制備方法，包括：