[發明專利]一種銥摻雜金屬有機框架衍生材料及其制備方法與電催化析氧方面的應用

在審

• 申請號: 202211064535.6
• 申請日: 2022-08-31
• 公開（公告）號: CN115505949A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 胡六永;肖潤石
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: C25B11/075
• 分類號: C25B11/075;C25B11/061;C25B11/031;C25B1/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 官群

本發明涉及一種銥摻雜金屬有機框架衍生材料及其制備方法與電催化析氧方面的應用，所述銥摻雜金屬有機框架衍生材料以泡沫鎳為金屬基底，在泡沫鎳表面覆有一層三維多孔材料，所述三維多孔材料由CoNiIr LDH納米片團聚組成，具有ZIF?67衍生結構。本發明以具有較高比表面積的ZIF為中間體，Ir摻雜調節，通過相對簡單的室溫反應，合成了以泡沫鎳NF為基底的CoNiIr?ZLDH電催化材料，該材料比表面積大、活性位點暴露多，在堿性條件下表現出良好的析氧反應性能和催化穩定性能。

技術領域

本發明屬于通過電解水生產氫或氧技術領域，具體涉及一種銥摻雜金屬有機框架衍生材料及其制備方法與電催化析氧方面的應用。

背景技術

氫能是一種清潔的可再生能源，其能量密度高、環境友好、污染小、應用范圍廣，是最理想的可再生能源之一。綠氫主要來源是電解水，相比于傳統的裂解法，大大提高了氫氣的純度。電解水的過程存在兩個半反應：析氫反應與析氧反應，在實驗室研究與實際的工業生產中，電解水的控制因素主要出現在析氧反應(Oxygen Evolution Reaction，OER)之中。這是由于析氧反應為四電子轉移過程，有比較大的過電位，進而會影響整個電解水的反應進程。因此析氧反應(OER)需要高效的催化劑，以改善反應動力學緩慢的問題。

常見的析氧反應催化劑主要是貴金屬基催化劑，如采用Ir和Ru基等過渡金屬，其在酸性和堿性介質中均具有良好的析氧反應催化活性，如RuO₂催化劑在實驗室常被用作評價OER體系的基準催化劑。然而貴金屬因產量低、分離困難，導致貴金屬基催化劑應用成本較高，不適宜廣泛推廣應用。另一方面，非貴金屬OER電催化劑如以鐵、鈷、鎳等元素的化合物合成的催化材料存在活性和穩定性不佳的問題。因而研究出性能良好且經濟的OER催化劑，對提升電解水的OER反應速率十分必要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種銥摻雜金屬有機框架衍生材料及其制備方法與電催化析氧方面的應用，該銥摻雜金屬有機框架衍生材料具有低過電位及高效的催化析氧性能，并且長期穩定性好。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是：

提供一種銥摻雜金屬有機框架衍生材料，所述銥摻雜金屬有機框架衍生材料以泡沫鎳為金屬基底，在泡沫鎳表面覆有一層三維多孔材料，所述三維多孔材料由CoNiIr LDH納米片團聚組成，具有ZIF-67衍生結構。LDH指過渡金屬層狀氫氧化物。

按上述方案，所述三維多孔材料厚度為30～50μm。

按上述方案，所述CoNiIr LDH納米片厚度為5～10nm。

本發明還包括上述銥摻雜金屬有機框架衍生材料的制備方法，具體步驟如下：

1)將泡沫鎳用鹽酸溶液浸泡處理(目的是除去附著在上面的氧化物等)，然后分別用水、乙醇洗滌，再烘干待用；

2)將六水合硝酸鈷(Co(NO₃)₂·6H₂O)溶于去離子水中，得到含鈷溶液，將2- 甲基咪唑溶于去離子水中得到2-甲基咪唑溶液，然后將步驟1)處理后的泡沫鎳浸泡于所述含鈷溶液中，充分浸泡后將2-甲基咪唑溶液滴加到泡沫鎳表面，靜置反應，反應結束后取出泡沫鎳，用蒸餾水沖洗后烘干得到ZIF-67@NF；

3)將硝酸鎳(Ni(NO₃)₂·6H₂O)、氯化銥(IrCl₃·H₂O)與尿素(尿素的作用是提供弱堿環境，使上述ZIF-67逐漸被刻蝕破壞，溶出的鈷離子可與鎳和銥離子共沉淀生成LDH)溶于去離子水中得到混合溶液，將步驟2)所得ZIF-67@NF浸泡于所述混合溶液中進行刻蝕，刻蝕結束后取出泡沫鎳，依次用蒸餾水與酒精沖洗，最后烘干得到銥摻雜金屬有機框架衍生材料(CoNiIr ZLDH@NF)。