一种功能化金属有机框架纳米材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种功能化金属有机框架纳米材料、制备方法及其应用，属于OER电催化剂技术领域。将0.1mmol有机配体2

【技术实现步骤摘要】
一种功能化金属有机框架纳米材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及一种功能化金属有机框架纳米材料、制备方法及其应用，属于OER电催化剂


技术介绍

[0002]当前自然资源有限，开发高效、安全、可持续的清洁能源越来越重要。发展可再生能源被认为是缓解全球能源危机和由化工燃料引起的环境危害的一个有希望的解决方案。析氧反应(OER)是包括水裂解和金属空气电池在内的几种电化学能量转换和存储系统的核心反应过程。
[0003]OER动力学迟缓，需要有效的电催化剂来克服动力学势垒。贵金属氧化物(RuO2和IrO2)已被证明具有优异的OER活性，但其价格昂贵和较差的电化学稳定性限制了其在实际大规模应用的可能性。因此，探索新的电催化剂，寻找有效的催化剂设计策略是至关重要的。在各种新型材料中，金属有机框架(MOFs)纳米材料被认为是很有前途的OER电催化剂材料。MOFs是一类由金属离子“中心”和有机配体“骨架”自组装具有周期性排列的结晶多孔材料，与传统的多孔材料相比，MOFs作为一类新型多孔材料表现出独特的孔径结构、以及丰富的金属/配体组合。
[0004]目前，大量的研究表明，MOFs优异的OER性能往往与金属密切相关。例如，金属是OER的活性位点，金属的配位不饱和位点，金属价态的形成，MOFs中不同金属离子的耦合效应，金属的添加和掺杂等等。然而，关于有机配体对电催化性能影响的研究很少。有机配体的选择将会影响MOFs最终的框架结构，通过影响MOFs的形貌和活性位点结构从而提升MOFs的催化性能。有机配体不仅能与金属配合形成特定的框架结构，同时也能获得有机配体的柔性和官能团的选择性等。此外，不同的构型可以提供不同的孔径结构，配体上的官能团也能够调节电子的性质，从而吸附特定的气体分子，提高催化活性。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种功能化金属有机框架纳米材料、制备方法及其应用。本专利技术通过引入了硝基和甲酰氨基官能团到铁基金属有机框架(Fe
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MOFs
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X)催化剂。本专利技术通过以下技术方案实现。
[0006]一种功能化金属有机框架纳米材料，该功能化金属有机框架纳米材料结构简式为Fe
‑
MOFs
‑
X，X＝NO2或NHCHO；具体的结构如下：
[0007]或者
[0008]一种功能化金属有机框架纳米材料的制备方法，其包括以下具体步骤：
[0009]步骤1、将0.1mmol有机配体2
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硝基对苯二甲酸或2
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甲酰氨基对苯二甲酸与0.1mmol铁盐溶于有机溶剂中，在130
‑
180℃加热2
‑
5h水热反应得到反应产物；
[0010]步骤2、将步骤1得到的反应产物冷却至室温，经有机微孔滤膜抽滤，抽滤物依次用去离子水和乙醇有机溶剂洗涤，然后干燥即得功能化金属有机框架纳米材料催化剂Fe
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MOFs
‑
X，X＝NO2或NHCHO。
[0011]所述步骤1中有机配体与有机溶剂的固液比为1:0.5
‑
1:2g/L。
[0012]所述步骤1中铁盐为六水合氯化铁。
[0013]所述步骤1中有机溶剂为N,N
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二甲基乙酰胺。
[0014]一种功能化金属有机框架纳米材料能应用于电催化OER反应。
[0015]上述功能化金属有机框架纳米材料的OER应用方法，电极制备方法如下：在10mg的MOFs催化剂里添加在300μL 0.5％的Nafion乙醇溶液和200μL的去离子水，随后水浴超声处理分散均匀成悬浮液；然后将25μL悬浮液滴加到面积为0.5cm2的泡沫镍电极上；测量前将电极在室温下自然干燥；所述催化剂的含量为1mg/cm2。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017](1)本专利技术制备Fe
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MOFs
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X催化剂框架结构一致，配体取代基的引入没有影响Fe
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MOFs的骨架结构。
[0018](2)本专利技术制备的Fe
‑
MOFs
‑
X催化剂在碱性环境下具有较高氧析出的电催化活性和稳定性。
附图说明
[0019]图1为溶剂热法对比实施例制备的Fe
‑
MOFs，实施例1制备的Fe
‑
MOFs
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NO2和实施例2制备的Fe
‑
MOFs
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NHCHO的粉末X射线衍射(XRD)图谱及其单晶拟合的XRD图谱的对比图；
[0020]图2为对比实施例制备的Fe
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MOFs，实施例1制备的Fe
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MOFs
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NO2和实施例2制备的Fe
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MOFs
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NHCHO的傅里叶红外光谱(FT
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IR)图；
[0021]图3为对比实施例制备的Fe
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MOFs的场发射扫描电镜(FESEM)图；
[0022]图4为实施例1制备的Fe
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MOFs
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NO2的FESEM图；
[0023]图5为实施例2制备的Fe
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MOFs
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NHCHO的FESEM图；
[0024]图6为对比实施例制备的Fe
‑
MOFs的透射电镜(TEM)图；
[0025]图7为实施例1制备的Fe
‑
MOFs
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NO2的TEM图；
[0026]图8为实施例2制备的Fe
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MOFs
‑
NHCHO的TEM图；
[0027]图9为对比实施例制备的Fe
‑
MOFs的高分辨透射电镜(HRTEM)图；
[0028]图10为实施例1制备的Fe
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MOFs
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NO2的HRTEM图；
[0029]图11为实施例2制备的Fe
‑
MOFs
‑
NHCHO的HRTEM图；
[0030]图12为对比实施例制备的Fe
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MOFs，实施例1制备的Fe
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MOFs
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NO2和实施例2制备的Fe
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MOFs
‑
NHCHO的C1s高分辨率X射线光电子能谱(XPS)图谱的对比图；
[0031]图13为对比实施例制备的Fe
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MOFs，实施例1制备的Fe
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MOFs
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NO2和实施例2制备的Fe
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MOFs
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NHCHO的N1s高分辨率XPS图谱的对比图；
[0032]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功能化金属有机框架纳米材料，其特征在于：该功能化金属有机框架纳米材料结构简式为Fe
‑
MOFs
‑
X，X＝NO2或NHCHO；具体的结构如下：或者2.一种根据权利要求1所述的功能化金属有机框架纳米材料的制备方法，其特征在于包括以下具体步骤：步骤1、将0.1mmol有机配体2
‑
硝基对苯二甲酸或2
‑
甲酰氨基对苯二甲酸与0.1mmol铁盐溶于有机溶剂中，在130
‑
180℃加热2
‑
5h水热反应得到反应产物；步骤2、将步骤1得到的反应产物冷却至室温，经...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡觉，张利波，张呈旭，戚强龙，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：