[發明專利]基于MOF衍生的富氮單原子電催化劑、制備方法及應用

在審

• 申請號: 202210797854.1
• 申請日: 2022-07-06
• 公開（公告）號: CN115117371A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 徐巧玲;胡勁松;張雷
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90;H01M12/06
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙) 11427
• 代理人: 周雷;戴明虎

本發明公開了基于MOF衍生的富氮單原子電催化劑、制備方法及應用，該催化劑由四唑類鐵配合物通過配位限域熱解轉化為多吡啶氮類的富氮鐵單原子電催化劑，為十二面體多孔復合材料；該催化劑制備的方法步驟如下：S1：Fe(2?PTZ)₂(H₂O)₂前驅體的制備；S2：將S1的Fe(2?PTZ)₂(H₂O)₂前驅體溶于無水甲醇，并加入六水合硝酸鋅攪拌溶解，記為溶液A；S3：將2?甲基咪唑溶解于無水甲醇溶液，記為溶液B；S4：將S3中的溶液B加入S2中的溶液A中，進行反應；S5：對S4中反應后的產物進行離心、烘干、煅燒碳化，得基于MOF衍生的富氮單原子電催化劑。本發明的催化劑具有多孔、顆粒小、氮含量豐富、活性位點多等優點，從而提高了電催化劑的催化性能。

技術領域

本發明涉及催化劑技術領域，尤其涉及基于MOF衍生的富氮單原子電催化劑、制備方法及應用。

背景技術

隨著社會的快速發展，化石燃料(天然氣、石油、煤)被大量消耗，資源枯竭日益嚴重，人類對清潔能源的需求不斷增加。為了保護生態環境，降低人類對化石燃料的使用程度，尋找及開發更多可持續和可再生的能源收集、轉化和存儲技術是科研人員的研究重點。目前，人類在風能、太陽能、水電能、潮汐能等新能源領域已經取得了很大的研究進展。特別是電化學儲能技術近幾年一直保持著高速增長的勢頭，被認為是一種環境友好的、可持續的綠色能源，能很好地作為能源轉化和儲存的媒介，進而引起了人們大量的關注。在這種背景下，設計及開發高能量密度、價格低廉、可持續的綠色電化學儲能設備成為了目前的一個研究熱點。

傳統的多相催化劑通常含有較大尺寸分布的金屬顆粒。然而，只有一部分大小合適的顆粒可以作為催化物質，而其他顆粒可能是惰性的或引發不希望的反應，導致金屬利用效率低，從而使金屬消耗高，質量活性低。因此單原子催化劑的發展可以使金屬資源得到充分利用，提高原子利用效率。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了基于MOF衍生的富氮單原子電催化劑、制備方法及應用，制備的催化劑具有多孔、顆粒小、氮含量豐富、活性位點多等優點，從而提高了電催化劑的催化性能。

本發明提出的基于MOF衍生的富氮單原子電催化劑，由四唑類鐵配合物通過配位限域熱解轉化為多吡啶氮類的富氮鐵單原子電催化劑，該催化劑為十二面體多孔復合材料。

本發明提出的上述基于MOF衍生的富氮單原子電催化劑的制備方法，方法步驟如下：

S1：Fe(2-PTZ)₂(H₂O)₂前驅體的制備；

S2：將S1的Fe(2-PTZ)₂(H₂O)₂前驅體溶于無水甲醇，并加入六水合硝酸鋅攪拌溶解，記為溶液A；

S3：將2-甲基咪唑溶解于無水甲醇溶液，記為溶液B；

S4：將S3中的溶液B加入S2中的溶液A中，進行反應；

S5：對S4中反應后的產物進行離心、烘干、煅燒碳化，得基于MOF衍生的富氮單原子電催化劑。

優選地，所述Fe(2-PTZ)₂(H₂O)₂前驅體制備的方法步驟如下：

S11：將5-(2-吡啶基)-1H-四唑溶于無水甲醇，并加入過量2，6-二甲基吡啶；

S12：七水合硫酸亞鐵水溶液加入S11的混合液中進行反應，反應后經洗滌、干燥后，得Fe(2-PTZ)₂(H₂O)₂前驅體。