一种酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片的制备方法，包括以下步骤：将无机镍源、对苯二甲酸与混合溶剂混合，进行配位反应得到二维金属有机骨架纳米片前驱体溶液，再与酞菁铁混合，经超声得到酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片。本发明专利技术用二维金属有机骨架纳米片对酞菁铁进行修饰，不仅提高了酞箐铁分子的导电性，丰富了表面暴露的电催化活性位点，还改变了酞箐铁的微观电子结构，最终达到了提高其电催化性能的目的，并且降低了实现反应的过电位。实施例的结果显示，当过电位为

【技术实现步骤摘要】
一种酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及催化剂材料
，尤其涉及一种酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片及其制备方法。

技术介绍

[0002]氢能作为一种环境友好的清洁能源，因具有热值高、可再生等优点，被认为是解决能源短缺、环境污染，促进社会可持续发展的必然选择。其中，电解水是制备高纯氢气最常用的方法，也是现代清洁能源技术的重要组成部分，然而这类反应需要加入高效、稳定的催化剂以降低氢的高活化能来提高反应动力。
[0003]作为目前最高效的电催化析氢催化剂贵金属Pt，其氢吸附吉布斯自由能(ΔGH)几乎为零，因此能够在接近零的过电位下产生很高的交换电流密度。但是，贵金属的储量少、价格昂贵，严重制约了其作为电催化材料的商业化发展和实际应用。因此，开发高效、稳定、廉价的催化剂，对于氢气的可持续生产是非常必要的。
[0004]为此，近年来国内外在新型电催化剂的制备方面开展了大量的研究工作，特别是含量丰富的过渡金属基催化剂，如钴、铁、镍、铜等，这些过渡金属可与不同的配体结合生成配合物用于电催化还原析氢。其中，MN4结构的金属酞箐配合物因具有刚性、平面且稳定的几何结构，并且结构可调易于合成修饰，以及良好的电极集成潜力的优点，广泛用于电催化还原析氢。但是MN4结构的金属酞箐配合物作为电催化还原析氢的电催化剂，仍存在电催化性能不佳、实现反应的过电位较高的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片及其制备方法。本专利技术提供的酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片具有优异的电催化性能，且实现电催化还原析氢的过电位较低。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将无机镍源、对苯二甲酸与混合溶剂混合，进行配位反应得到二维金属有机骨架纳米片前驱体溶液；
[0009](2)将所述步骤(1)得到的二维金属有机骨架纳米片前驱体溶液与酞菁铁混合，经超声得到酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片。
[0010]优选地，所述步骤(1)中的无机镍源包括氯化镍或硝酸镍。
[0011]优选地，所述步骤(1)中无机镍源与对苯二甲酸的物质的量之比为1:1～1:3。
[0012]优选地，所述步骤(1)中的混合溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、乙醇和去离子水。
[0013]优选地，所述N,N-二甲基甲酰胺、乙醇和去离子水的体积比为(64～75)：(4～8)：(4～8)。
[0014]优选地，所述步骤(1)中的无机镍源与对苯二甲酸的总质量与混合溶剂的体积比
为(0.605～1.103)g:(72～91)mL。
[0015]优选地，所述步骤(2)中酞菁铁中的铁与二维金属有机骨架纳米片前驱体溶液中的镍的物质的量之比为1：(2～20)。
[0016]优选地，所述步骤(2)中超声的频率为20～40KHz。
[0017]优选地，所述步骤(2)中超声的时间为8～12h。
[0018]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片。
[0019]本专利技术提供了一种酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片的制备方法，包括以下步骤：将无机镍源、对苯二甲酸与混合溶剂混合，进行配位反应得到二维金属有机骨架纳米片前驱体溶液；将二维金属有机骨架纳米片前驱体溶液与酞菁铁混合，经超声得到酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片。本专利技术先以无机镍源、对苯二甲酸和混合溶剂为原料制备二维金属有机骨架纳米片前驱体溶液，再将二维金属有机骨架纳米片前驱体溶液与酞菁铁混合，通过超声将金属有机骨架剥离成纳米片，进而得到了二维金属有机骨架纳米片，同时有效避免了二维金属有机骨架材料在合成过程中叠加的问题，再与酞菁铁以非共价的形式进行连接，最终得到了具有优异电催化性能的酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片。本专利技术用二维金属有机骨架纳米片对酞菁铁进行修饰，不仅提高了酞箐铁分子的导电性，丰富了表面暴露的电催化活性位点，还改变了酞箐铁的微观电子结构，最终达到了提高其电催化性能的目的，并且降低了实现反应的过电位。实施例的结果显示，当过电位为-0.2V vs.RHE时，酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片电极表面开始发生电催化析氢反应，此时对应的反应过电势为200mV。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1制备的酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片的SEM图；
[0021]图2为图1放大2倍后的SEM图；
[0022]图3为图1放大5倍后的SEM图；
[0023]图4为图1放大10倍后的SEM图；
[0024]图5为本专利技术实施例1制备的酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片的进行能量分散光谱表征的测试区域图；
[0025]图6为Ni、Fe和N元素在图5的标记区域中的EDS图；
[0026]图7为Fe元素在图5的标记区域中的EDS图；
[0027]图8为Ni元素在图5的标记区域中的EDS图；
[0028]图9为N元素在图5的标记区域中的EDS图；
[0029]图10为本专利技术实施例1制备的酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片的TEM图；
[0030]图11为本专利技术实施例1制备的酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片和酞菁铁、二维金属有机骨架的X射线衍射图谱；
[0031]图12为本专利技术实施例1制备的酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片和酞箐铁/块状金属有机骨架、二维金属有机骨架、酞箐铁、5wt％的商业Pt/C催化剂的电催化析氢性能图；
[0032]图13为本专利技术实施例1～5制备的酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片的电催化析氢性能图。
具体实施方式
[0033]本专利技术提供了一种酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片的制备方法，包括以下步骤：
[0034](1)将无机镍源、对苯二甲酸与混合溶剂混合，进行配位反应得到二维金属有机骨架纳米片前驱体溶液；
[0035](2)将所述步骤(1)得到的二维金属有机骨架纳米片前驱体溶液与酞菁铁混合，经超声得到酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片。
[0036]本专利技术将无机镍源、对苯二甲酸与混合溶剂混合，进行配位反应得到二维金属有机骨架纳米片前驱体溶液。
[0037]在本专利技术中，所述无机镍源优选包括氯化镍或硝酸镍，更优选为氯化镍。本专利技术以镍为金属中心，以对苯二甲酸为有机配体，通过配位反应制备金属有机骨架。本专利技术对所述有机镍源和对苯二甲酸的来源没有特殊的限定，采用市售产品即可。
[0038]在本专利技术中，所述无机镍源与对苯二甲酸的物质的量之比优选为1:1～1:3，更优选为1:1～1:2。本专利技术将无机镍源与对苯二甲酸的物质的量之比控制在上述范围内，既不浪费原料，又有利于得到性能稳定的金属有机骨架。
[0039]在本专利技术中，所述混合溶剂优选包括N,N-二甲基甲酰胺、乙醇和去离子水。本专利技术以N,N-二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片的制备方法，包括以下步骤：(1)将无机镍源、对苯二甲酸与混合溶剂混合，进行配位反应得到二维金属有机骨架纳米片前驱体溶液；(2)将所述步骤(1)得到的二维金属有机骨架纳米片前驱体溶液与酞菁铁混合，经超声得到酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的无机镍源包括氯化镍或硝酸镍。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中无机镍源与对苯二甲酸的物质的量之比为1:1～1:3。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的混合溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、乙醇和去离子水。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述N,N-二甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：张笑银，孟祥民，陈夫山，宋晓明，高珊珊，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：