[發明專利]一種電催化劑材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110355075.1
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113083313B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 劉煊赫;劉小明;張文迪;高曼
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: B01J23/80
• 分類號: B01J23/80;H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所(普通合伙) 11309
• 代理人: 陳霽

一種電催化劑材料及其制備方法。在實施例中，該方法包括：將鋅鹽加入到溶劑中，得到第一混合溶液，第一混合溶液中，鋅鹽的質量濃度為0.945g/L?15.12g/L；向第一混合溶液加入金屬氯化物，攪拌得到第二混合溶液，金屬氯化物中的金屬離子具有催化劑活性，第二混合溶液中，金屬氯化物的質量濃度為0.1171g/L?14.99g/L；向第二混合溶液加入質量濃度為5.9875g/L?95.8g/L的2?甲基咪唑水溶液，攪拌使其反應，得到第三混合溶液；從第三混合溶液中，分離獲得固體沉淀物，洗滌、烘干，并在惰性氣體氛圍下煅燒，得到電催化劑材料。本發明實施例的制備方法具有簡單，快速，節能，電催化劑材料性能更加優異，可控制電催化劑材料的微觀形貌、相應具有不同的特性、可適用于不同的電催化場景等特點。

技術領域

本發明實施例屬于電催化電極材料的制備領域，尤其涉及一種電催化劑材料及其制備方法。

背景技術

氧還原反應(ORR)是燃料電池、金屬空氣電池上的一個陰極反應，由于其動力學速率緩慢，限制了燃料電池的實際應用。目前，常用鉑基催化劑作為催化劑來提高其動力學速率，該催化劑被證明是現階段最有效的催化劑，但是鉑價格高，儲量少，穩定性差，易發生一氧化碳中毒，因此尋找可替代的非貴金屬的高效催化劑對于燃料電池的實際應用具有重要意義(Liu,X.,et al.Ultrasonics Sonochemistry,2020,67,105179)。

金屬有機骨架化合物(Metal Organic Frameworks，MOFs)是由金屬離子和有機配體通過自組裝而形成的周期性網狀結構晶體多孔材料，具有大的比表面積，孔徑均一、拓撲結構可調，結構多樣等優點。沸石型咪唑框架材料(zeolite-imidazole frameworks，ZIFs)屬于其中的一類，其具有特殊熱穩定性和化學穩定性的分子篩結構。

ZIFs材料是由金屬離子(Zn，Co)和2-甲基咪唑通過配位形成的一類具有多孔結構的無機-有機雜化材料，ZIFs材料是一類具有菱形十二面體結構的MOFs，其具有優異的耐酸堿性和穩定性，是潛在的優良電催化劑。

然而，目前常用的菱形十二面體形貌結構的ZIFs，其結構不利于活性位點的暴露，影響了與電解液的接觸，不利于催化性能的提升，限制了它在電催化劑方面的應用。

發明內容

通常，ZIF-8和ZIF-67的形貌在以甲醇為溶劑時呈現為菱形十二面體的形貌。也有報道指出以水作為溶劑可以得到葉狀ZIF(Jiang,Y.,et al.ACS Appl Mater Interfaces,2017,9,25239-25249.)，或在添加表面活性劑后得到六邊形盤狀結構(Guan,Yi,etal.Applied Catalysis B:Environmental 2019,256,117871.)，這種二維片狀形貌與菱形十二面體形貌相比，具有更多暴露的活性位點、獨特的二維電子限域性質以及更大的比表面積等優點，在反應過程中反應物具有更高的反應活性。

然而在不使用表面活性劑，同時使用去離子水或蒸餾水作為溶劑，獲得其他形貌的ZIFs文獻或專利并未見報道。

基于前述，發明人提出一種電催化劑材料的制備方法，通過攪拌、煅燒等操作，可以實現簡單、快速、節能地制備出性能更加優異的電催化劑材料，且通過控制制備步驟中氯鹽的金屬離子M的含量和所述方法中步驟“向第二混合溶液加入2-甲基咪唑水溶液，攪拌使其反應，得到第三混合溶液”中攪拌作用的時間還可以控制ZIFs的微觀形貌進而控制目的電催化劑材料的微觀形貌，相應具有不同的特性，可以適用于不同的電催化場景。