碳布表面修饰金属有机框架衍生的钴酸镍纳米片阵列复合材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术属于纳米复合材料技术领域，公开了一种金属有机框架衍生(MOF)的碳布表面修饰钴酸镍纳米片阵列复合材料及其制备和应用，该制备方法包括以下步骤：将碳布放入硝酸盐酸混合溶液中浸泡后放入缓冲溶液中，加入多巴胺盐酸盐，反应后得到CC@PDA；将所述CC@PDA浸渍到可溶性钴盐溶液中，加入二甲基咪唑溶液，反应得到CC@Co

【技术实现步骤摘要】
碳布表面修饰金属有机框架衍生的钴酸镍纳米片阵列复合材料及其制备和应用


[0001]本专利技术属于纳米复合材料
，涉及一种碳布表面修饰钴酸镍纳米片阵列复合材料及其制备和应用，具体来说是一种碳布表面修饰金属有机框架 (MOF)衍生的具有氧空位的三维中空多孔钴酸镍纳米片阵列复合材料及其制备和应用。

技术介绍

[0002]能源是推动社会发展和科学技术进步的重要保障。近年来，人们对化石燃料的需求量与日俱增，然而大量化石燃料的使用导致大气中CO2含量逐年增加，导致全球气温升高、海水酸化，对全球经济及生态环境造成严重危害，因此，设计高效稳定、结构可控的光催化材料，并实现CO2高效选择性转化成为人们关注的重点。
[0003]尖晶石型氧化物(AB2O4)由于具有合适的带隙、良好的热稳定性、丰富的氧化态、可调控的氧空位等优点，在光电传感、催化等多种领域已经得到了广泛的应用，其中由镍、钴元素组成的尖晶石型材料NiCo2O4不仅储量丰富、制备方法简单、结构和热力学稳定性强，且存在两种金属氧化还原对Co
2+
/Co
3+
和 Ni
2+
/Ni
3+
，为反应提供丰富的氧化还原活性位点，已被初步用于光催化领域中，但是仍然存在光能利用率差、量子效率低、对目标污染物吸附能力弱等问题，进而限制了应用。
[0004]通过构建氧空位以及形貌调控，可以有效抑制电子
‑
空穴的重组，提高光能利用率，以及对目标污染物的吸附能力，进而提高光催化性能。本专利技术通过MOF衍生以及表面改性，成功制备了兼具氧空位和三维中空多孔的钴酸镍尖晶石阵列，优异的性能和稳定性使其在CO2转化方面具有较好的应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决上述问题，提供了一种碳布表面修饰钴酸镍纳米片阵列复合材料及其制备和应用，具体来说，该复合材料是一种在碳布表面修饰MOF衍生的具有氧空位的三维中空多孔钴酸镍纳米片阵列复合材料，能够有效提高钴酸镍纳米材料的光能利用率，抑制电子
‑
空穴的重组，提高对CO2的吸附，可以广泛用于CO2处理领域。
[0006]按照本专利技术的技术方案，所述碳布表面修饰钴酸镍纳米片阵列复合材料的制备方法，包括以下步骤，
[0007]S1：将碳布放入硝酸和盐酸的混合溶液中浸泡，清洗后放入缓冲溶液中，加入多巴胺盐酸盐，反应后得到CC@PDA(多巴胺修饰的碳布材料)；
[0008]S2：将所述CC@PDA浸渍到可溶性钴盐溶液中，加入咪唑类配体溶液，反应得到CC@Co
‑
MOF；
[0009]S3：加入可溶性镍盐溶液，通过离子交换得到CC@Co
‑
Ni
‑
MOF衍生物，将所得产物煅烧得到CC@NiCo2O4；
[0010]S4：将所述CC@NiCo2O4材料放入NaBH4溶液中，反应得到所述碳布表面修饰钴酸镍
纳米片阵列复合材料。
[0011]进一步的，所述碳布的尺寸为2cm*5cm。
[0012]进一步的，所述硝酸和盐酸的混合溶液中，硝酸和盐酸的浓度均为10
‑
30 wt％，硝酸与盐酸的体积比为3
‑
6：1
‑
3，优选体积比为3：1。
[0013]进一步的，所述缓冲溶液为三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液，用于稳定溶液中的pH值。
[0014]进一步的，所述三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液的浓度为10
‑
20 mmol/L，pH值为8
‑
9；优选10mmol/L，pH 8.5；pH值的调节用NaOH和/或 KOH溶液。
[0015]进一步的，每1cm2碳布加入2.5
‑
7.5mL缓冲溶液，5
‑
20mg多巴胺盐酸盐；优选的，每1cm2碳布加入5mL缓冲溶液，7.5mg多巴胺盐酸盐。
[0016]进一步的，所述步骤S1中，浸泡时间为12
‑
24h；加入多巴胺盐酸盐反应的时间为3
‑
6h，优选反应时间为4h。
[0017]进一步的，为保证MOF的形貌，所述可溶性钴盐溶液为硝酸钴水溶液。
[0018]进一步的，所述可溶性钴盐溶液的浓度为50
‑
100mmol/L，每1cm2碳布加入可溶性钴盐溶液的量为1.5
‑
6mL；所述二甲基咪唑水溶液的浓度为0.3
‑
0.6 mol/L，每1cm2碳布加入1.5
‑
6mL可溶性钴盐溶液。
[0019]进一步的，所述步骤S2中，反应时间为3
‑
6h，优选为4h；反应后清洗， 60
‑
100℃真空干燥。
[0020]进一步的，所述可溶性镍盐为硝酸镍，镍盐溶液的溶剂为乙醇、甲醇或水，优选为乙醇。
[0021]进一步的，所述可溶性镍盐溶液的浓度为2
‑
5g/L，优选浓度为3g/L；每1cm2碳布加入可溶性镍盐溶液的量为5
‑
30mL，优选加入量为10mL；
[0022]进一步的，所述步骤S3中，加入可溶性镍盐溶液后的反应时间为15
‑
30min，优选20min；反应后清洗，60
‑
100℃真空干燥。
[0023]进一步的，所述步骤S3中，煅烧的温度为300
‑
500℃，升温速率为2
‑
10℃ /min，煅烧时间为2
‑
4h，煅烧氛围为空气；优选的，煅烧温度350℃，升温速率5℃/min，煅烧时间3h。
[0024]进一步的，所述步骤S4中，NaBH4溶液用于还原制备氧空位，其浓度为 0.1
‑
0.5mol/L，每1cm2碳布加入NaBH4溶液的量为1
‑
3mL。
[0025]进一步的，所述步骤S4中，反应时间为2
‑
4h；反应后清洗，60
‑
100℃真空干燥。
[0026]具体的，碳布表面修饰钴酸镍纳米片阵列复合材料的制备方法，可以包括以下步骤，
[0027]S1：将2
‑
4片2cm*5cm的碳布(CC)加入到质量分数分别为10
‑
30wt％的硝酸盐酸混合溶液中，体积分别为30
‑
60mL与10
‑
30mL，浸泡12
‑
24小时后取出，并用清水洗涤，放入烘箱中干燥。将烘干后的CC放入100
‑
150mL的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液中，随后加入200
‑
400mg多巴胺盐酸盐，反应3
‑
6h，取出洗涤待用(CC@PDA)。
[0028]S2：将S1所得的CC@PDA放进30
‑
60m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳布表面修饰金属有机框架衍生的钴酸镍纳米片阵列复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，S1：将碳布放入硝酸和盐酸的混合溶液中浸泡，清洗后放入缓冲溶液中，加入多巴胺盐酸盐，反应后得到CC@PDA；S2：将所述CC@PDA浸渍到可溶性钴盐溶液中，加入咪唑类配体溶液，反应得到CC@Co
‑
MOF；S3：加入可溶性镍盐溶液，反应后煅烧得到CC@NiCo2O4；S4：将所述CC@NiCo2O4材料放入NaBH4溶液中，反应得到所述碳布表面修饰钴酸镍纳米片阵列复合材料。2.如权利要求1所述的碳布表面修饰金属有机框架衍生的钴酸镍纳米片阵列复合材料的制备方法，其特征在于，所述硝酸和盐酸的混合溶液中，硝酸和盐酸的浓度均为10
‑
30wt％，硝酸与盐酸的体积比为3
‑
6：1
‑
3。3.如权利要求1所述的碳布表面修饰金属有机框架衍生的钴酸镍纳米片阵列复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，每1cm2碳布加入多巴胺盐酸盐的量为5
‑
20mg。4.如权利要求1
‑
3中任一项所述的碳布表面修饰钴酸镍纳米片阵列复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，浸泡时间为12
‑
24h；加入多巴胺盐酸盐反应的时间为3
‑
6h。5.如权利要求1所述的碳布表面修饰金属有机框架衍生的钴酸镍纳米片阵列复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中：可溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲家福，胡俊蝶，杨晓刚，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：