金属氧化物-有机配体复合电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于复合电极材料的制备技术领域，具体涉及一种金属氧化物

【技术实现步骤摘要】
金属氧化物
‑
有机配体复合电极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合电极材料的制备
，具体涉及一种金属氧化物
‑
有机配体复合电极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近几十年来，金属氧化物纳米颗粒由于其独特的电子/光学特性，在催化、光电子、生物成像和生物诊断等领域得到了广泛的应用。尤其作为电极材料，其催化活性很容易通过各种的形成氧化物
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配体界面键的分子/离子功能化来调节。但是这些由界面键产生的金属氧化物纳米颗粒
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配体的化学键的相互作用是非共轭的，限制了纳米颗粒核心电子与覆盖配体功能基团之间的耦合，导致界面电荷转移效率低下，影响电子传输速率，进而影响电极材料的催化活性。
[0003]因此，通过共轭金属配体界面键，使纳米粒子表面吸附的功能基团之间发生有效的粒子内电荷转移，成为研究的重点。传统的锚定基团（如羧基）因为无法形成共轭的金属
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配体界面键，使界面电荷转移受到明显阻碍，影响其在实际应用中的效能。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于共轭效应的金属氧化物
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有机配体复合电极材料，具有优异的电化学性能，步骤简单，可操作性强；本专利技术还提供其制备方法。
[0005]本专利技术所述的金属氧化物
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有机配体复合电极材料：将具有三键体系的有机配体，利用自模板法以预先制备的金属氧化物纳米阵列，指引有机配体的生长，使其与金属氧化物形成共轭键；具有三键体系的有机配体为1
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辛炔、4
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乙基苯乙炔、4
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甲基苯乙炔、2
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乙炔基吡啶、1
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乙炔基芘中的一种；金属氧化物为钴基氧化物、镍基氧化物或锌基氧化物。
[0006]所述的金属氧化物
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有机配体复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）导电基底材料的处理；（2）制备金属氧化物/基底阵列：首先将钴盐、氟化铵、尿素；或镍盐、尿素或六亚甲基四胺；或锌盐、六亚甲基四胺；溶于水，室温搅拌30
‑
60min，得到金属前驱体水溶液，然后加入导电基底材料，在90
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120℃下，压力＜3MP，进行高压水热反应6
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12h，反应结束冷却至室温，清洗烘干，得到金属氢氧化物/基底阵列；最后，置于管式炉，在氮气或氩气保护下，在300
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400℃反应2
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3h，得到金属氧化物/基底阵列；（3）金属氧化物/基底阵列的表面功能化：将具有三键体系的有机配体溶于甲苯中，形成甲苯溶液，然后将甲苯溶液与叔丁胺水溶液等体积混合，形成两相体系；向其中加入步骤（2）制备的金属氧化物/基底阵列材料，在180
‑
200℃下加热12
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24h；反应结束，经50
‑
70℃干燥，得到基于共轭效应的金属氧化物
‑
有机配体复合电极材料。
[0007]导电基底材料的处理为：将导电基底材料剪成2cm
×
4cm的长方形，置于1:10的盐
酸溶液中，超声处理20
‑
30min，然后用去离子水、乙醇冲洗，烘干备用。
[0008]导电基底为碳布、泡沫镍或钛网。
[0009]钴盐、镍盐、锌盐为其氯化物或者硝酸化合物。
[0010]步骤（2）中钴盐、氟化铵、尿素的摩尔比为（2:3:10）
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（2:5:12）；镍盐、尿素或六亚甲基四胺的摩尔比为（2:3）
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（2:5）；锌盐、六亚甲基四胺的摩尔比为（1:1）
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（3:5）。
[0011]步骤（2）中金属氧化物与导电基底材料的质量比为（1:6）
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（1:2）。
[0012]步骤（3）中所述的甲苯溶液中有机配体与甲苯的体积比为（1:8）
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（1:12）；所述的叔丁胺溶液中叔丁胺与水的体积比为（0.1:8）
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（0.1:12）。
[0013]步骤（3）中所述的有机配体与金属氧化物/基底阵列的质量比为（1:5）
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（1:1）。
[0014]所述的基于共轭效应的金属氧化物
‑
有机配体复合电极材料的应用：调节纳米粒子的光学和电子性质，进一步应用于电催化领域。
[0015]具体地，基于共轭效应的金属氧化物
‑
有机配体复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）导电基底材料的处理：将导电基底材料（碳布CC、泡沫镍NF、钛网TM）剪成2cm
×
4cm的长方形，置于1:10的盐酸溶液中，超声处理20
‑
30min，然后用去离子水、乙醇冲洗，烘干备用；（2）制备金属氧化物/基底阵列：首先将钴盐、氟化铵、尿素；或镍盐、尿素或六亚甲基四胺；或锌盐、六亚甲基四胺；加入50ml去离子水中，室温下磁力搅拌30
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60min至完全溶解，得到混合均匀的金属前驱体水溶液，然后将该溶液与处理好的导电基底材料，置于聚四氟乙烯高压釜，在90
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120℃下，压力＜3MPa进行高压水热反应6
‑
12h，结束后冷却到室温，用去离子水和乙醇各洗涤3次后60℃烘干备用，得到金属氢氧化物/基底阵列；最后，将以上得到的金属氢氧化物/基底阵列置于管式炉中，在高温300
‑
400℃，氮气或氩气保护条件下加热2
‑
3h，得到金属氧化物/基底阵列；优选地，钴基氧化物/基底阵列：将2mmol六水合氯化钴或六水合硝酸钴、4mmol氟化铵和10mmol尿素溶于50ml去离子水中，磁力搅拌20min，得到混合均匀的金属前驱体水溶液，然后将该溶液与处理好的导电基底材料置于聚四氟乙烯高压釜进行水热反应，结束后冷却到室温，用去离子水和乙醇各洗涤3次后60℃烘干备用，得到金属氢氧化物的阵列结构；反应釜中密封条件下120℃反应6h，得到钴基氢氧化物阵列，然后置于管式炉中，在400℃、氮气或氩气保护条件下加热2h，得到钴基氧化物/基底阵列；优选地，镍基氧化物/基底阵列：将2mmol六水合氯化镍或六水合硝酸镍、4mmol尿素或六亚甲基四胺溶于50ml去离子水中，磁力搅拌20min，得到混合均匀的金属前驱体水溶液，然后将该溶液与处理好的导电基底材料置于聚四氟乙烯高压釜进行水热反应，结束后冷却到室温，用去离子水和乙醇各洗涤3次后60℃烘干备用，得到金属氢氧化物的阵列；反应釜中密封条件下100℃反应12h，得到镍基氢氧化物阵列，然后置于管式炉中，在300℃、氮气或氩气保护条件下加热3h，得到镍基氧化物/基底阵列；优选地，锌基氧化物/基底阵列：将15mmol六水合硝酸锌、15mmol六亚甲基四胺溶于100ml去离子水中，磁力搅拌20min，得到混合均匀的金属前驱体水溶液，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物
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有机配体复合电极材料，其特征在于：将具有三键体系的有机配体，利用自模板法以预先制备的金属氧化物纳米阵列，指引有机配体的生长，使其与金属氧化物形成共轭键；具有三键体系的有机配体为1
‑
辛炔、4
‑
乙基苯乙炔、4
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甲基苯乙炔、2
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乙炔基吡啶、1
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乙炔基芘中的一种；金属氧化物为钴基氧化物、镍基氧化物或锌基氧化物。2.一种权利要求1所述的金属氧化物
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有机配体复合电极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）导电基底材料的处理；（2）制备金属氧化物/基底阵列：首先将钴盐、氟化铵、尿素；或镍盐、尿素或六亚甲基四胺；或锌盐、六亚甲基四胺；溶于水，室温搅拌30
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60min，得到金属前驱体水溶液，然后加入导电基底材料，在90
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120℃下，压力＜3MPa，进行高压水热反应6
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12h，反应结束冷却至室温，清洗烘干，得到金属氢氧化物/基底阵列；最后，置于管式炉，在氮气或氩气保护下，在300
‑
400℃反应2
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3h，得到金属氧化物/基底阵列；（3）金属氧化物/基底阵列的表面功能化：将具有三键体系的有机配体溶于甲苯中，形成甲苯溶液，然后将甲苯溶液与叔丁胺水溶液等体积混合，形成两相体系；向其中加入步骤（2）制备的金属氧化物/基底阵列材料，在180
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200℃下加热12
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24h；反应结束，经50
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70℃干燥，得到金属氧化物
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有机配体复合电极材料。3.根据权利要求2所述的金属氧化物
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有机配体复合电极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中导电基底材料的处理为：将导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴倩，李丹，郭焕美，柴振全，
申请(专利权)人：潍坊学院，
类型：发明
国别省市：