本发明专利技术公开了一种均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料的制备方法以及基于该催化剂电解水析氧的应用，属于纳米催化、纳米材料、金属有机框架物技术领域。其主要步骤将硝酸钴水溶液、三聚氰酸悬浮液共混，将共混液涂覆在活化镍网上，在空气氛下，加热至300‑400℃，成功制得三嗪基金属有机框架物纳米晶体负载在活化镍网上的杂化材料。该材料制备所用原料成本低，制备工艺简单，反应能耗低，具有工业应用前景。该催化剂具有高效催化电解水析氧活性以及电化学稳定性。
Preparation and application of a /Ni composite of all three azoazine organometallic organic frames
The invention discloses a preparation method of a homogeneous three azine based metal organic framework /Ni composite material and the application of the electrolysis water and oxygen evolution based on the catalyst. It belongs to the field of nanometer catalysis, nanometer material and metal organic framework technology. The main steps of the cobalt nitrate aqueous solution, cyanuric acid suspension blend, will blend solution coated on the activated nickel net, in air, heated to 300 DEG C 400, successfully prepared based metal organic frameworks in three nano crystal load in the hybrid materials activation nickel net. The material has low cost, simple preparation process and low energy consumption, and has the prospect of industrial application. The catalyst has high efficiency of catalytic water evolution and electrochemical stability.
【技术实现步骤摘要】
一种均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料的制备方法和应用
本专利技术涉及一种均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料的制备方法以及基于该复合材料作为催化剂应用于电解水析氧；属于复合材料、催化技术、金属有机框架物
技术介绍
随着社会经济的高速发展和世界人口的不断增长，人类对化石燃料，如煤和石油等的耗用，给现有的能源储备和自然环境带来了前所未有的压力和挑战。为应对新生的能源消费以及现有人口生活质量提高的要求，世界各国均亟待寻找到可持续使用的清洁能源载体。电催化直接分解水制备氢气被认为实现该过程有效的方式。电催化分解水反应包括析氢(hydrogenevolutionreaction，HER)和析氧(oxygenevolutionreaction，OER)两个半反应，来自电阻、反应以及传输三个方面系统本征的能量损耗以及现有催化剂的价格、活性和稳定性方面的因素，都极大地限制了其推广和广泛应用。尽管析氧仅是一个副反应，但是为了驱动析氧反应给系统运行带来的功耗损失却最大，成为提高整体效率的瓶颈。寻找廉价易得且性能稳定的新型析氧电催化剂，对长远发展氢能、减小环境污染乃至缓解世界范围内的能源问题，具有广泛且重要的现实意义。在很多已探索的体系中，二氧化铱(IrO2)和二氧化钌(RuO2)被认为最有效。然而，他们稀缺和昂贵的价格，限制了其广泛实际的应用，为此，开发高效、价廉且地球含量丰富的非贵金属析氧催化剂，降低析氧电消耗成为一个机遇和挑战。价廉的铁、钴、镍催化剂，是已报道实现高活性析氧有前景的催化剂。此外，碳基、镍基或杂原子掺杂的复合材料也是析氧催化剂的创新性选择。除了材料组成之外，催化剂的活性和其形态密切相关。为此，研究开发具有资源丰富的新组成和新形态催化剂，对实现高活性析氧具有重要的意义。三聚氰酸是一种常见的均三嗪化合物，在其结构中含有3个氮和3个氧原子，形成了氮、氧杂六元环，三聚氰酸还能以烯醇式或酮式等多种形式的共振分子存在，在金属配合物的合成中可以提供大量的配位点，是构成金属有机框架物的良配体。据我们所知，基于三聚氰酸和Co（II）离子形成的纳米金属有机框架物及其在水分解析氧技术
未见报道，本专利技术采用一步室温工艺，将Co（Ⅱ）正离子与三聚氰酸配位结合，再在镍网上空气热解，成功获得了均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料高效催化剂。
技术实现思路
本专利技术的技术任务之一是为了弥补现有技术的不足，提供一种均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料的制备方法，该方法所用原料成本低，制备工艺简单，反应能耗低，所得产物性能优良，具有工业应用前景。本专利技术的技术任务之二是提供所述均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料的用途，即将该复合材料用于高效催化电解水析氧，该催化剂具有良好的析氧电催化活性与电化学稳定性。本专利技术的技术方案如下：1.一种均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料的制备方法将0.48-0.68g硝酸钴溶于2-3ml蒸馏水中，制得硝酸钴的水溶液；将0.20-0.32g三聚氰酸与4-5mL水共混，超声1min，制得三聚氰酸悬浮液；将两溶液振摇共混，取0.10-0.15ml均匀涂抹于面积为0.5cm×1cm的活化镍网上，置入管式炉中空气氛下，以2℃/min的速率升温至300-400℃，保温3h，再以2℃/min的速率降温冷却至室温，制得均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料。所述均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料，是三嗪基金属有机框架物纳米晶体负载在活化镍网上的杂化材料；三嗪基金属有机框架物纳米晶体，化学式为[Co(H2L)2(H2O)2]n，其一个结构单元由一个Co（II）正离子、二个三聚氰酸H2L（I）负离子和两个水分子构成；H2L（I）负离子的构造式如下：所述活化镍网，是将镍网依次在丙酮、无水乙醇、蒸馏水中分别超声2min以洗去表面杂质，再用质量分数为30%的稀硝酸超声1分钟对其氧化，然后用蒸馏水洗除表面的酸，最后在室温下自然晾干制得。所述镍网，在电化学公司购得，面密度为280-420g/m2，孔径0.2-0.6mm，纵向拉伸强度为106N/cm2，横向拉伸强度为76N/cm2，孔隙率97.2%。2.如上所述的均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料作为电解水析氧催化剂的应用使用三电极电化学工作站，均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料作为工作电极；Pt片(5mm×5mm×0.1mm)为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，在电解液为0.5MKOH水溶液中测试电催化分解水性能，当电流密度J=10mA/cm2时，电位为1.20VvsRHE，当电流密度J=50mA/cm2时，电位为1.50VvsRHE，说明该材料具有良好的析氧催化活性；循环1000圈前后，该类材料极化曲线没有发现明显的变化，表明催化剂稳定性良好。本专利技术有益的技术效果如下：（1）工艺简便，易于工业化本专利技术制备的均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料，是将配体三聚氰胺、Co（II）正离子以及水溶剂，采用振摇共混一步法，获得凝胶，将凝胶直接负载在镍网上，不经过水热工艺，直接加热，一步工艺成功实现了均三嗪基金属有机框架物纳米晶体的生成以及在镍网上的负载，该复合材料制备过程简单，易于操作，成本低，能耗少，易于工业化。（2）催化析氧效率高且稳定性好本专利技术提供了一种均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料电催化析氧催化剂，由于该催化剂直接作为工作电极用于催化水分解析氧，免除了传统工作电极采用全氟化树脂或其它胶黏剂黏结粉末催化剂，金属有机框架物纳米晶体暴露了更多的活性位点，使得基于该复合材料的催化析氧，催化效率高且稳定性好。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步描述，但本专利技术的保护范围不仅局限于实施例，该领域专业人员对本专利技术技术方案所作的改变，均应属于本专利技术的保护范围内。实施例1一种均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料的制备方法将0.48g硝酸钴溶于2ml蒸馏水中，制得硝酸钴的水溶液；将0.20g三聚氰酸与4mL水共混，超声1min，制得三聚氰酸悬浮液；将两溶液振摇共混，取0.10ml均匀涂抹于面积为0.5cm×1cm的活化镍网上，置入管式炉中空气氛下，以2℃/min的速率升温至300℃，保温3h，再以2℃/min的速率降温冷却至室温，制得均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料。实施例2一种均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料的制备方法将0.68g硝酸钴溶于3ml蒸馏水中，制得硝酸钴的水溶液；将0.32g三聚氰酸与5mL水共混，超声1min，制得三聚氰酸悬浮液；将两溶液振摇共混，取0.15ml均匀涂抹于面积为0.5cm×1cm的活化镍网上，置入管式炉中空气氛下，以2℃/min的速率升温至300℃，保温3h，再以2℃/min的速率降温冷却至室温，制得均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料。实施例3一种均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料的制备方法将0.55g硝酸钴溶于2.5ml蒸馏水中，制得硝酸钴的水溶液；将0.25g三聚氰酸与4.5mL水共混，超声1min，制得三聚氰酸悬浮液；将两溶液振摇共混，取0.13ml均匀涂抹于面积为0.5cm×1cm的活化镍网上，置入管式炉中空气氛下，以2℃/min的速率升温至300℃，保温3h，再以2℃/min的速率降温冷却至室温，制得均三嗪基金属本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：将0.48‑0.68 g 硝酸钴溶于2‑3 ml蒸馏水中，制得硝酸钴的水溶液；将0.20‑0.32g 三聚氰酸与4‑5 mL水共混，超声1min，制得三聚氰酸悬浮液；将两溶液振摇共混，取0.10‑0.15 ml均匀涂抹于面积为0.5 cm×1cm的活化镍网上，置入管式炉中空气氛下，以2℃/min的速率升温至300‑400 ℃，保温3h，再以2℃/min的速率降温冷却至室温，制得均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：将0.48-0.68g硝酸钴溶于2-3ml蒸馏水中，制得硝酸钴的水溶液；将0.20-0.32g三聚氰酸与4-5mL水共混，超声1min，制得三聚氰酸悬浮液；将两溶液振摇共混，取0.10-0.15ml均匀涂抹于面积为0.5cm×1cm的活化镍网上，置入管式炉中空气氛下，以2℃/min的速率升温至300-400℃，保温3h，再以2℃/min的速率降温冷却至室温，制得均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料。2.如权利要求1所述的均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料的制备方法，其特征在于，所述均三嗪基金属有机框架物/Ni复合材料，是三...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵璐，王志玲，骆玉成，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37
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