[發明專利]MOF衍生的氮鈷異質納米盒電催化劑、制備方法及應用

在審

• 申請號: 202310549459.6
• 申請日: 2023-05-16
• 公開（公告）號: CN116641094A
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 胡勁松;雷杰
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04
• 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: 戴明虎

本發明公開了MOF衍生的氮鈷異質納米盒電催化劑、制備方法及應用，該催化劑制備的方法步驟如下：S1：ZIF?67模板的制備；S2：將S1中ZIF?67模板溶于無水甲醇，超聲攪拌溶解，記為溶液A；S3：將1H?1,2,3?三氮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，攪拌后靜置，進行取代反應；S5：對S4中反應后的產物進行離心、干燥、氮氣保護下進行碳化，得MOF衍生的氮鈷異質納米盒電催化劑。本發明通過高能含氮配體1H?1,2,3?三氮唑配體對咪唑沸石骨架ZIF?67中2?甲基咪唑進行部分取代，提供豐富氮源并對鈷原子配位環境進行局部約束，使得制備的電催化劑在1mol/LKOH水溶液的堿性條件下具有較低的析氫過電位。

技術領域

本發明涉及催化劑技術領域，尤其涉及MOF衍生的氮鈷異質納米盒電催化劑、制備方法及應用。

背景技術

隨著人類社會迅速發展，石油、天然氣、煤炭等化石燃料被大量消耗用來進行產業升級，導致空氣環境變差、能源資源枯竭日益嚴重。因此，對清潔能源的需求與日俱增，尋找可替代的清潔能源迫在眉睫。為了保護環境并減少人類對化石燃料的使用，研究人員將精力主要集中在探索和開發更具可持續性和可再生性的技術上，以此來收集、轉換和儲存能源。目前，人類在風能、太陽能、水電、潮汐能等新能源領域的研究取得了長足的進步。尤其是電化學產氫技術近年來一直保持著較高的增長速度，被認為是一種清潔、可持續的綠色能源利用方式，其中氫氣作為能量轉換和儲存介質備受關注。因此，在該背景下，設計和開發低成本、可回收、環境友好、穩定性優良、電催化析氫過電位低的非貴金屬催化劑成為目前的一個熱點研究課題。

傳統的貴金屬析氫反應電催化劑，如含鉑、釕催化劑等，雖然析氫反應所需過電位低，但其催化活性單一，穩定性差，并不適合長時間使用。且制備過程復雜，有的制備條件需要高溫高壓環境，對能源消耗比較大。另一方面貴金屬電催化劑在使用過程中易中毒，這導致金屬位點利用效率低，影響催化劑的催化性能，從而使貴金屬消耗量變高。開發一種非貴金屬、催化穩定性好的電催化劑是本領域亟需解決的技術問題，因此，本發明很好的克服了能源消耗，使用非貴金屬鈷作為金屬源，且合成的電催化劑在電催化分解水析氫反應過程中穩定性良好，具有潛在的實際應用前景。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了MOF衍生的氮鈷異質納米盒電催化劑、制備方法及應用，通過高能含氮配體1H-1,2,3-三氮唑配體對咪唑沸石骨架ZIF-67中2-甲基咪唑進行部分取代，提供豐富氮源并對鈷原子配位環境進行局部約束，使得制備的電催化劑具有較低的析氫過電位。

本發明提出的MOF衍生的氮鈷異質納米盒電催化劑，該催化劑由沸石咪唑框架通過配體部分取代，并熱解轉化為多Co/CoN異質催化中心的富氮鈷異質納米立方體多孔復合材料。

本發明提出的上述MOF衍生的氮鈷異質納米盒電催化劑的制備方法，方法步驟如下：

S1：ZIF-67模板的制備；

S2：將1H-1,2,3-三氮唑的甲醇溶液與S1的ZIF-67模板的甲醇溶液混合反應；

S3：反應后對產物進行離心和干燥，并在氮氣保護下進行碳化，得MOF衍生的氮鈷異質納米盒電催化劑。

優選地，所述ZIF-67模板制備的方法步驟如下：

S11：將2-甲基咪唑溶于去離子水；

S12：將六水合硝酸鈷和十六烷基溴化銨溶解于去離子水中，再將其加入S11的溶液中進行反應，反應后經離心、洗滌和干燥，得ZIF-67模板。

優選地，2-甲基咪唑、六水合硝酸鈷與十六烷基溴化銨的質量比為1:0.06-0.08:0.001-0.0015。

優選地，S12中反應條件為：反應溫度20-25℃，先攪拌20-40min，再靜置1-2h。