一种金属有机框架化合物和制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于燃料电池催化剂技术领域，公开了一种金属有机框架化合物和制备方法及其应用，该金属有机框架化合物为国内外首创，作为全新的氢燃料电池的高性能阴极催化材料，其氧还原的半波电位和目前商业使用的碳载铂催化剂相当，但是工作稳定时长至少是商业碳载铂催化剂6倍以上，其循环充放电至少达到20000次以上，而几乎没有任何衰减，其在酸性工作环境下表现出极强的稳定性；且该金属有机框架化合物作为电极材料的制备方法简单，价格低廉，易于工业化大规模推广。

【技术实现步骤摘要】
一种金属有机框架化合物和制备方法及其应用
本专利技术涉及燃料电池催化剂
，具体涉及一种应用于氢燃料电池阴极的高性能催化材料金属有机框架化合物、制备方法及其应用。
技术介绍
氢能源是一种零排放的高效清洁能源，而氢燃料电池是一种可以高效利用氢能源的化学电池。氢燃料电池的工作原理具体为：在阳极(原电池的负极)处，氢气分子发生氧化反应，失去电子生成质子(氢离子)，而质子通过质子交换膜，到达阴极，与氧气分子发生反应，生成水分子，因此是真正意义上的清洁能源。氢燃料电池是一种环境友好的，高效的新型能源，由阳极的燃料氧化和阴极的氧气还原两个半反应组成。氧化反应速率远远大于还原反应速率，因此，提高阴极的氧还原反应速率显得尤为重要。而阴极反应动力学过程极其缓慢，对于氢燃料电池来说，电极上的电催化剂材料是关键，其作用是降低反应的活化能，促进氢和氧在电极上的氧化还原过程，提高反应速率。因为发生在阴极上的氧还原反应(ORR)交换电流密度低，是燃料电池总反应的控制步骤，所以阴极催化剂材料对于整体氢燃料电池的性能至关重要。目前，氢燃料电池中常用的商用催化剂是碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属有机框架化合物，其特征在于：该金属有机框架化合物由有桥联的有机配体HADQ与金属中心M通过配位自组装而形成的具有周期性网络结构的多孔材料，其分子式为[M

【技术特征摘要】
20210305 CN 20211024328701.一种金属有机框架化合物，其特征在于：该金属有机框架化合物由有桥联的有机配体HADQ与金属中心M通过配位自组装而形成的具有周期性网络结构的多孔材料，其分子式为[M3(HADQ)2]n，其中n为≥1的整数，M为Zn、Ni、Mn、Mg、Ag、Cu、Co、Pt或Fe中一种或多种；HADQ为2,3,6,7,10,11-六氨基二吡嗪并[2,3-f:2',3'-h]喹喔啉，其英文化学名：2,3,6,7,10,11-hexaaminadipyrazino[2,3-f:2',3'-h]quinoxaline；
所述金属有机框架化合物结构如下所示：



其中，虚线部分表示通过配位键无限扩展网络结构。


2.根据权利要求1所述的金属有机框架化合物，其特征在于：M为金属Co，该化合物为[Co3(HADQ)2]n，又称Co-MOF，该金属有机框架化合物的结构如下所示：



其中，虚线部分表示通过配位键无限扩展网络结构。


3.根据权利要求2所述的金属有机框架化合物，其特征在于：其以2θ±0.2°衍射角表示的X-射线粉末衍射图谱在5.7°、9.8°、11.4°处显示有特征衍射峰。


4.根据权利要求1-3任一所述的金属有机框架化合物的制备方法，其特征在于，化合物Ⅳ与金属盐反应得到即得到金属有机框架化合物[M3(HADQ)2]n；所述金属盐包括Zn、Ni、Mn、Mg、Ag、Cu、Co、Pt或Fe中的一种或几种；其合成路线为：



具体包括以下步骤：首先，金属盐溶解于水中；然后与溶有化合物Ⅳ与浓度为2M的硫酸溶液均匀混合，并将溶液升温60-100℃，再向其中加入浓度为3M的氨水，保持温度60-100℃，恒温6-12个小时；最后，将得到的棕黑色晶体离心，并分别在四氢呋喃、水、乙醇和丙酮中洗涤两次，即得到最终产物金属有机框架化合物[M3(HADQ)2]n；所述化合物Ⅳ与金属盐的摩尔比为1:1-2。


5.根据权利要求4任一所述的金属有机框架化合物的制备方法，其特征在于所述化合物Ⅳ的合成方法包括以下步骤：
步骤a，乙二胺与环己六酮反应生成化合物Ⅰ；
步骤b，化合物Ⅰ以铁粉为催化剂与溴发生取代反应制备得到化合物Ⅱ；
步骤c，化合物Ⅱ在非质子性溶剂中，在钯类催化剂、膦配体和有机碱作用下与二苯甲酮亚胺发生偶联反应制备得到化合物Ⅲ；
步骤d，化合物Ⅲ制备得到化合物Ⅳ；其合成路线为：





6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟，拉希德·伊克巴尔，
申请(专利权)人：深圳市氢伟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44