[發(fā)明專利]一種MOF衍生的鈷鎳多孔碳復(fù)合材料電催化電極的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110339759.2
• 申請(qǐng)日: 2021-03-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112928288A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬(wàn)家峰;張慧迪;劉金橋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 黑龍江大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/88
• 分類號(hào): H01M4/88;H01M4/90
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種MOF衍生的鈷鎳多孔碳復(fù)合材料電催化電極的制備方法，由Co/Ni?MOF為支撐材料前驅(qū)體，經(jīng)高溫碳化，得到MOF衍生的鈷鎳多孔碳復(fù)合材料；所述鈷鎳多孔碳復(fù)合材料為碳化后Co/Ni?MOF，即Co/Ni?MOF為骨架碳化，所得材料的微觀結(jié)構(gòu)為中空結(jié)構(gòu)，所得材料制備成電極片，具有電催化活性。其制備方法包括以下步驟：一、Co/Ni?MOF的制備；二、MOF衍生的鈷鎳多孔碳復(fù)合材料的制備；三、電催化電極片的制備。作為電催化降解水中頭孢曲松鈉催化劑的應(yīng)用，最大降解效率為96.75%，20次回收重復(fù)使用后，保留初始催化活性的82%。因此，本發(fā)明提高了催化劑的穩(wěn)定性，在電催化應(yīng)用、抗生素降解等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電催化降解技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種MOF衍生的鈷鎳多孔碳復(fù)合材料電催化電極的制備方法。

背景技術(shù)

金屬有機(jī)框架 (metal-organic framework, MOF) 材料是由金屬或金屬離子與有機(jī)配體通過(guò)配位鍵形成的、具有孔道結(jié)構(gòu)的有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化材料，它既不同于無(wú)機(jī)多孔材料，也不同于一般的有機(jī)配合物。兼有無(wú)機(jī)材料的剛性和有機(jī)材料的柔性特征。具有比表面積大、孔隙率高、孔徑尺寸可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，在氣體分離、藥物釋放、電化學(xué)儲(chǔ)能等領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V泛的應(yīng)用前景。MOF材料碳含量較高，具有均一的孔道結(jié)構(gòu)，且碳化后的碳材料仍能保持多孔結(jié)構(gòu)，通過(guò)選擇金屬離子可以調(diào)節(jié)其孔隙率。雜原子的摻入對(duì)材料性能也具有至關(guān)重要的影響，這反映在許多應(yīng)用中催化活性的增強(qiáng)上，研究發(fā)現(xiàn)在催化劑表面上雜原子摻雜對(duì)電催化水分解非常有效，這主要是由于雜原子（如P，N和S）具有暴露的活性表面積和電極/電解質(zhì)界面中加速的電荷轉(zhuǎn)移的協(xié)同效應(yīng)。MOF衍生的碳包括封裝金屬或金屬氧化物納米粒子的碳骨架，非金屬摻雜的碳雜化材料，無(wú)金屬的多孔碳和其他復(fù)合材料，這些衍生自MOF的碳具有多孔碳的優(yōu)點(diǎn)，它改善了原始MOF較差的電導(dǎo)率問(wèn)題又能保證一定的穩(wěn)定性，在可控的溫度和氣氛下進(jìn)行熱解是碳化MOF的最常用方法，MOF可以轉(zhuǎn)化為具有獨(dú)特納米結(jié)構(gòu)的衍生碳，這些性質(zhì)有利于構(gòu)建性能優(yōu)異的多孔碳電催化材料。

本發(fā)明所述方法具體為：將Co(NO₃)₂·6H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O、1,3,5-苯三甲酸、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）加入無(wú)水乙醇、N-N二甲基甲酰胺（DMF）和去離子水混合溶液中，經(jīng)過(guò)充分混合攪拌后，再通過(guò)水熱法制成Co/Ni-MOF材料；再將得到的Co/Ni-MOF材料通過(guò)高溫煅燒后得到Co/Ni-MOF多孔碳催化劑材料；將得到的Co/Ni-MOF多孔碳催化劑通過(guò)熱壓法制備成電極，而后應(yīng)用于電催化降解廢水中的頭孢曲松鈉。該電極結(jié)構(gòu)與組分有利于提高電極的催化氧化活性與降解性能；同時(shí)，可以防止脫落，減少了催化材料的流失和廢棄物的產(chǎn)生，避免二次污染。該催化劑可以重復(fù)使用，降低了處理成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種MOF衍生的鈷鎳多孔碳復(fù)合材料電催化電極的制備方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種MOF衍生的鈷鎳多孔碳復(fù)合材料電催化電極的制備方法，以Co/Ni-MOF為支撐材料前驅(qū)體，在氮?dú)夥障陆?jīng)高溫碳化，得到具有中空結(jié)構(gòu)的MOF衍生的鈷鎳多孔碳復(fù)合材料；

所述的具有中空結(jié)構(gòu)的MOF衍生的鈷鎳多孔碳復(fù)合材料，即Co/Ni-MOF為骨架碳化，所得材料的微觀結(jié)構(gòu)為中空結(jié)構(gòu)，所得材料制備成電催化電極片，具有電催化活性。

一種MOF衍生的鈷鎳多孔碳復(fù)合材料電催化電極的制備方法，包括以下步驟：