本发明专利技术涉及一种ZIF
【技术实现步骤摘要】
一种ZIF
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8衍生Zn3(VO4)2电催化材料及其制备方法与应用
[0001]本专利技术涉及一种ZIF
‑
8衍生Zn3(VO4)2纳米片电催化材料及其制备方法与应用，属于电催化材料
技术介绍
[0002]随着人口增长及工业化进程的加快，绝大多数国家面临的最紧迫的问题之一是利用可再生能源来替代传统的化石燃料。随着对可持续能源的迫切需求，质子交换膜燃料电池(PEMFC)和金属
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空气电池有望成为一种很有前途的能源存储和转换技术。氧还原反应(oxygen reduction reaction, ORR)作为燃料电池和金属
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空气电池的重要组成部分，其性能变得非常重要。然而，阴极氧还原反应的缓慢动力学过程限制了这两种技术的应用。在目前的电催化剂中，Pt和Pt基材料已被证明是ORR催化活性最有效的电催化剂，然而，贵金属的稀缺性、高成本和易中毒性严重限制了其工业化应用。因此，寻找非Pt或低Pt负载的电催化剂具有重要意义。高活性、低成本和耐用的非贵金属和无金属材料已经引起了广泛的关注。
[0003]金属有机框架(MOFs)作为一种多孔的晶体复合物，通常由各种过渡金属离子和配体组成，特别是ZIF
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8因其合成简单、成本低、化学稳定性和热稳定性高，已成为应用最广泛的MOFs之一。本专利技术利用ZIF
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8作为前驱体衍生出Zn3(VO4)2纳米片，制备方法简单，产量丰富，成本低廉，而且具有优异的ORR催化性能，是电化学领域的研究热点。
[0004]中国专利文献CN104900906A公开了一种钒酸锌的制备方法，称取一定量的乙酸锌、五氧化二钒和六次甲基四胺溶于蒸馏水进行水热反应，然后在氮气气氛下煅烧，得到钒基化合物钒酸锌Zn3V3O8并用于锂离子电池负极材料。该专利制备出的钒酸锌的物相不纯，不仅有Zn3V3O8还有ZnO，而且形貌不均一，由微米片和纳米颗粒组成，微米片的厚度达到200 nm。中国专利文献CN113457663A公开了一种3D纳米花状Zn3(VO4)2的制备方法，通过高温水热和退火处理相结合的方式得到，应用于光催化降解亚甲基蓝。与本专利技术相比，该专利技术的水热温度和退火温度更高，水热时间更长，所需能量更高。同时，该专利技术制备出的纳米花的平均直径为3
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5 μm。本专利技术通过ZIF
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8衍生的Zn3(VO4)2纳米片厚度仅有10
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15 nm，形貌单一可控，能提供更多的催化活性位点，而且制备原料和成本较低，无污染，产品氧还原(ORR)催化活性高且具有高稳定性。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种ZIF
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8衍生Zn3(VO4)2电催化材料及其制备方法与应用。本专利技术利用沉淀法结合水热法制备了Zn3(VO4)2电催化材料。本专利技术的Zn3(VO4)2电催化材料具有优异的氧还原(ORR)性能，且制备方法简单，有良好的应用前景。
[0006]术语说明：室温：具有本领域技术人员公知的含义，指25
±
5 ℃。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
一种ZIF
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8衍生Zn3(VO4)2纳米片电催化材料，所述的电催化材料的微观形貌为超薄纳米片，所述纳米片的厚度为10
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15 nm。
[0008]根据本专利技术，上述ZIF
‑
8衍生Zn3(VO4)2电催化材料的制备方法，包括步骤如下：（1）将锌源，2
‑
甲基咪唑分别溶于甲醇中，之后搅拌混合，静置，洗涤干燥，得到ZIF
‑
8；（2）将钒源溶于去离子水中，再加入ZIF
‑
8，超声分散，进行水热反应；反应完成后，自然冷却到室温，然后经洗涤和干燥，得到中间体；（3）将步骤（2）得到的中间体在空气气氛下煅烧，即得到Zn3(VO4)2电催化材料。
[0009]根据本专利技术优选的，步骤（1）中所述锌源为乙酸锌。
[0010]根据本专利技术优选的，步骤（1）中所述锌源与2
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甲基咪唑的质量比为：（0.2
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0.3）:（0.6
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0.7）。
[0011]根据本专利技术优选的，步骤（1）中所述锌源和甲醇的质量体积比为：（0.2
‑
0.3）g :（20
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30）mL。
[0012]根据本专利技术优选的，步骤（1）中所述搅拌时间为120
‑
180 min，静置时间为20
‑
30 h。
[0013]根据本专利技术优选的，步骤（1）中，所述洗涤为将沉淀用无水乙醇洗涤3
‑
5次；所述干燥为将洗涤后的产物在40
‑
60 ℃下干燥12
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18 h。
[0014]根据本专利技术优选的，步骤（2）中所述钒源为偏钒酸铵。
[0015]根据本专利技术优选的，步骤（2）中所述钒源与ZIF
‑
8的质量比为（0.01
‑
0.02）:（0.03
‑
0.04）。
[0016]根据本专利技术优选的，步骤（2）中所述钒源与去离子水的质量体积比为（0.01
‑
0.02）g :（25
‑
40）mL。
[0017]根据本专利技术优选的，步骤（2）中所述超声时间为20
‑
40 min。
[0018]根据本专利技术优选的，步骤（2）中所述水热反应的温度为120
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150 ℃，反应时间为6
‑
8 h。
[0019]根据本专利技术优选的，步骤（2）中所述洗涤为将中间体依次用去离子水和无水乙醇各洗涤3
‑
5次；所述干燥为将洗涤后的产物在40
‑
60 ℃下干燥12
‑
18 h。
[0020]根据本专利技术优选的，步骤（3）中所述煅烧温度为300
‑
350 ℃，升温速率为1
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3 ℃/min；保温时间为120
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160 min。
[0021]本专利技术采用沉淀法和水热法相结合制备得到厚度为10
‑
15 nm的Zn3(VO4)2纳米片。
[0022]本专利技术还包括，上述Zn3(VO4)2电催化材料应用于氧还原反应(ORR)。
[0023]本专利技术使用的所有化学药品均为分析纯化学试剂，未经进一步处理。
[0024]本专利技术的技术特点及有益效果如下：1、本专利技术利用沉淀法和水热法相结合制备得到ZIF
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8衍生Zn3(VO4)2纳米片，本专利技术制备出的Zn3(VO4)2纳米片电催化氧还原(ORR)性能优异。
[0025]2、本专利技术制备的ZIF
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8衍生Zn3(VO4)2电催化材本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种ZIF
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8衍生Zn3(VO4)2电催化材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法的步骤如下：（1）将锌源，2
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甲基咪唑分别溶于甲醇中，之后搅拌混合，静置，洗涤干燥，得到ZIF
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8；（2）将钒源溶于去离子水中，再加入ZIF
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8，超声分散，进行水热反应；反应完成后，自然冷却到室温，然后经洗涤和干燥，得到中间体；（3）将步骤（2）得到的中间体在空气气氛下煅烧，即得到Zn3(VO4)2电催化材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述锌源为乙酸锌。3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述锌源与2
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甲基咪唑的质量比为：（0.2
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0.3）:（0.6
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0.7）；所述锌源和甲醇的质量体积比为：（0.2
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0.3）g :（20
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30）mL。4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述搅拌时间为120
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180 min，静置时间为20
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30 h；所述洗涤为将沉淀用无水乙醇洗涤3
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5次；所述干燥为将洗涤后的产物在40
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60 ℃下干燥12
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18 h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述钒源为偏钒酸铵。6. 根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢启芳，李雪，司聪慧，魏明志，郭恩言，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：
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