一种镍-有机框架纳米片阵列材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种镍

【技术实现步骤摘要】
一种镍
‑
有机框架纳米片阵列材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电催化
，具体涉及一种镍
‑
有机框架纳米片阵列材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]尿素氧化反应(Urea Oxidation Reaction，UOR)是直接尿素燃料电池、尿素辅助可充电锌
‑
空气电池和尿素辅助电解制氢等新能源技术的核心反应。然而，因其复杂的6e
‑
转移路径，UOR反应动力学比较缓慢。因此，需要高性能的电催化剂来加快尿素氧化反应动力学，以提高上述与尿素相关的储能装置的能量转换效率。尽管贵金属基催化剂(如Pt、IrO2和RuO2)被证明具有一定的UOR活性，但因高成本和资源的稀缺性等缺点限制了它们的大规模应用。
[0003]近年来，低成本和高UOR活性的镍基催化剂(包括镍基氧化物、氢氧化物、磷化物、氮化物及其复合物等)受到了人们的广泛关注。研究表明，这些镍基材料优异的UOR电催化活性在很大程度上取决于其在反应过程中暴露的Ni位点，也就是说，Ni位点被认为是电催化UOR的活性中心。据此，各种具有不同元素组成和微观结构的富镍催化剂相继被报道，以期实现UOR的高效电催化。最近，研究人员合成了一种由Ni
2+
和苯二羧酸组成的镍
‑
有机框架(Ni
‑
MOF)材料，并首次证明了所制备的Ni
‑
MOF对UOR具有显著的电催化活性(Chemical communications,2017,53,10906
‑
10909)。
[0004]金属
‑
有机框架(metal
‑
organic frameworks,MOF)是一类由金属离子和有机配体组成的微孔材料，具有组成可调、结构可控、比表面积大等优点。其中，由于其快速的电子/离子转移速率及其表面高度暴露的不饱和金属位点，超薄二维MOF纳米片在电催化应用展现出了巨大的潜力，然而，到目前为止，新型超薄二维Ni
‑
MOF纳米片的合成依然很困难，而且具有高效UOR活性的Ni
‑
MOF电催化材料依然很少。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种镍
‑
有机框架纳米片阵列材料及其制备方法和应用，解决目前镍基材料UOR电催化活性低以及稳定性差的技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案：
[0007]一种镍
‑
有机框架纳米片阵列材料，包括网状基底以及负载于所述网状基底上的镍
‑
有机框架纳米片，所述镍
‑
有机框架纳米片为二维片状。
[0008]优选的，所述镍
‑
有机框架纳米片由二价镍盐和4
‑
二甲氨基吡啶为原材料合成。
[0009]优选的，所述镍
‑
有机框架纳米片的平均厚度为3
‑
4nm。
[0010]优选的，所述二价镍盐为氯化镍、硝酸镍、醋酸镍或硫酸镍中的任一种。
[0011]优选的，所述网状基底为泡沫镍、碳布、钛网或不锈钢网中的任一种。
[0012]另外，本专利技术还要求保护所述镍
‑
有机框架纳米片阵列材料的制备方法，包括如下步骤：
[0013](1)导电基底的预处理；
[0014](2)配制前驱体溶液：将二价镍盐和4
‑
二甲氨基吡啶溶于有机溶剂中，混合均匀，即得到前驱体溶液；
[0015](3)纳米片阵列材料的合成：将步骤(1)处理后的导电基底浸入步骤(2)配制的前驱体溶液中进行溶剂热反应，待反应结束后，将固体产物进行洗涤，烘干，即得到所述镍
‑
有机框架纳米片阵列材料。
[0016]优选的，步骤(2)中，所述二价镍盐与4
‑
二甲氨基吡啶的摩尔比为0.5
‑
2:1。
[0017]优选的，步骤(2)中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇或N,N
‑
二甲基甲酰胺中的任一种。
[0018]优选的，步骤(3)中，所述溶剂热反应的温度为60
‑
150℃，反应时间为4
‑
12h。
[0019]本专利技术还保护所述的镍
‑
有机框架纳米片阵列材料在电催化尿素氧化反应中的应用。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0021](1)本专利技术提供的镍
‑
有机框架纳米片是一种新型的MOF材料，具有独特的形貌、晶体结构和微观结构；
[0022](2)本专利技术所制备镍
‑
有机框架纳米片具有超薄的二维片状结构，这不仅有利于电子/离子的快速转移，而且大量不饱和Ni活性位点直接暴露于纳米片表面，从而赋予其显著提升的电化学性能，在电催化领域中有着广泛的应用前景；
[0023](3)本专利技术通过一步溶剂热反应即可在导电基底上合成超薄二维镍
‑
有机框架纳米片阵列，工艺简单，流程高效；
[0024](4)本专利技术提供的镍
‑
有机框架纳米片阵列的制备方法，采用的原料为无机镍盐和4
‑
二甲氨基吡啶，相较于工业应用的贵金属基催化剂，成本低廉；
[0025](5)本专利技术提供的超薄镍
‑
有机框架纳米片阵列可直接作为自支撑电极用于电催化尿素氧化反应，并具有优异的UOR电催化性能和出色的稳定性；
[0026](6)本专利技术提供的超薄镍
‑
有机框架纳米片阵列材料可应用于直接尿素燃料电池和尿素辅助电解制氢等新能源

附图说明
[0027]图1为实施例1所制备得到的Ni
‑
DMAP/CC的扫描电镜图；
[0028]图2为实施例2所制备得到的Ni
‑
DMAP/NF的扫描电镜图；
[0029]图3为实施例2所制备得到的Ni
‑
DMAP纳米片的原子力显微镜图；
[0030]图4为实施例2所制备得到的Ni
‑
DMAP纳米片的透射电镜图；
[0031]图5为实施例2所制备得到的Ni
‑
DMAP纳米片的X射线衍射图谱；
[0032]图6为实施例2所制备得到的Ni
‑
DMAP纳米片的X
‑
射线光电子能谱图；
[0033]图7为实施例2所制备得到的Ni
‑
DMAP的红外光谱和拉曼光谱图；
[0034]图8为实施例2和对比例1所制备材料的UOR极化曲线图；
[0035]图9为实施例2所制备得到的Ni
‑
DMAP/NF的UOR稳定性测试结果图。
具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍
‑
有机框架纳米片阵列材料，其特征在于，包括网状基底以及负载于所述网状基底上的镍
‑
有机框架纳米片，所述镍
‑
有机框架纳米片为二维片状。2.根据权利要求1所述的镍
‑
有机框架纳米片阵列材料，其特征在于，所述镍
‑
有机框架纳米片由二价镍盐和4
‑
二甲氨基吡啶为原材料合成。3.根据权利要求1所述的镍
‑
有机框架纳米片阵列材料，其特征在于，所述镍
‑
有机框架纳米片的平均厚度为3
‑
4nm。4.根据权利要求1所述的镍
‑
有机框架纳米片阵列材料，其特征在于，所述二价镍盐为氯化镍、硝酸镍、醋酸镍或硫酸镍中的任一种。5.根据权利要求1所述的镍
‑
有机框架纳米片阵列材料，其特征在于，所述网状基底为泡沫镍、碳布、钛网或不锈钢网中的任一种。6.一种根据权利要求1
‑
5任一项所述镍
‑
有机框架纳米片阵列材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)导电基底的预处理；(2)配制前驱体溶液：将二价镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：江浩，彭芳，
申请(专利权)人：江浩，
类型：发明
国别省市：