一种酚羟基调控的金属有机框架纳米材料OER应用方法及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种酚羟基调控的金属有机框架纳米材料OER应用方法及其制备方法，属于OER电催化剂技术领域。将通过抑制羟基官能团配位且结构简式为MIL

【技术实现步骤摘要】
一种酚羟基调控的金属有机框架纳米材料OER应用方法及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种酚羟基调控的金属有机框架纳米材料OER应用方法及其制备方法，属于OER电催化剂


技术介绍

[0002]当前自然资源有限，利用电化学裂解水，实现高效、高产能的工业制氢一直是人类的夙愿。但迄今为止，金属
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有机骨架(MOFs)材料对析氧反应(OER)的活性还远远不够。
[0003]了解催化剂的结构性能关系对于降低催化剂的成本、提高催化剂的活性和耐久性至关重要。MOFs是一种新型的结晶多孔材料，由于其固有的高孔隙率和比表面积，成为一种很有前途的OER催化剂。中心金属原子周围的配位原子对催化活性、选择性和稳定性起着重要作用。铁化学以其丰富的配位几何结构而备受关注。此外，Fe原子的可变几何形状使其成为一种具有较高适用性的多用途金属。然而，Fe和O离子如何协同促进水氧化并实现高选择性仍然是一个未知的问题。Fe离子与有机配体的配位具有多样性，反应条件的控制都会得到具有不同的拓扑结构或新的结构特征。金属原子周围的配位原子对其催化活性、选择性和稳定性起着重要作用，在原子层面调控配位环境，进而优化活性中心电子结构，是构建高效催化剂的关键。虽然这一现象在分子系统中得到了广泛的研究，但在MOFs中却鲜有类似的研究。
[0004]目前人们的兴趣主要集中在通过金属离子与多功能有机配体作为连接器来构建MOFs。选择合适的连接器对于所需体系结构的自组装至关重要。在不同的有机连接剂中，2,5
‑
二羟基对苯二甲酸(H4DOBDC)已被用于制备多种具有d过渡金属离子的多孔MOFs。提出了一些由H4DOBDC衍生的阴离子配位模式，其中两个羧基刚性位于180
°
和两个酚官能团两个羧基比酚基更容易去质子化，生成2,5
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二羟基对苯二甲酸阴离子[H2DOBDC]2−
。通过额外的酚醛质子的损失，形成了四阴离子连接剂[DOBDC]4−
。
[0005]目前，基于有机配体H4DOBDC的大多数MOFs，配体均完全脱质子得到四阴离子与金属配位。基于有机配体H4DOBDC的大多数MOFs，尤其是MOF
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74，对许多技术上重要的工艺（如：CO2捕获和分离，蛋白高效转运和治疗，有机物降解和有机物的分离）都具有良好的性能。如何制备得到OER活性性能更好的H4DOBDC配体MOFs是个技术难题。

技术实现思路

[0006]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酚羟基调控的金属有机框架纳米材料OER应用方法及其制备方法。本专利技术将通过抑制羟基官能团配位制备得到不具有酚羟基配位的MIL
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53(Fe)
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2OH应用在OER过程中，使反应过程具备更好更稳定的催化效果。本专利技术采用2,5
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二羟基对苯二甲酸为有机配体，通过控制制备方法的条件，通过抑制羟基官能团配位制备得到不具有酚羟基配位的MIL
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53(Fe)
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2OH，使该酚羟基调控的金属有机框架纳米材料具备更好的活性性能。本专利技术通过以下技术方案实现。
[0007]一种酚羟基调控的金属有机框架纳米材料OER应用方法，其具体步骤在于：将通过抑制羟基官能团配位且结构简式为MIL
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53(Fe)
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2OH的酚羟基调控的金属有机框架纳米材制成阳极催化电极，以铂电极为阴极，在浓度为1mol/L
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6mol/L的KOH溶液为电解质，常温到85℃条件下，控制电压为0.4
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0.7V下反应12
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100h，其中阳极催化电极催化剂的含量为1
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2mg/cm2。
[0008]所述结构简式为MIL
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53(Fe)
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2OH的酚羟基调控的金属有机框架纳米材具体的结构如下：。
[0009]一种酚羟基调控的金属有机框架纳米材料的制备方法，其包括以下具体步骤：步骤1、将有机配体2,5
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二羟基对苯二甲酸与六水合氯化铁铁盐按照摩尔比为1：1溶于N,N
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二甲基甲酰胺有机溶剂中，在100
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125℃加热20
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25h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，然后干燥即得酚羟基调控的金属有机框架材料催化剂。
[0010]所述步骤1中有机配体与有机溶剂的摩尔体积为0.1:7
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14mol/L。
[0011]上述酚羟基调控的金属有机框架材料的OER应用方法，电极制备方法如下：在10 mg的MOFs催化剂里添加在300 μL 0.5％的Nafion乙醇溶液和200 μL的去离子水，随后超声分散均匀成悬浮液；然后将25 μL悬浮液滴加到面积为0.5 cm2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1 mg/cm2。
[0012]本专利技术的有益效果是：本专利技术制备的MIL
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53(Fe)
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2OH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
[0013]图1为溶剂热法对比实施例制备的MOF
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74
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Fe，实施例1制备的MIL
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53(Fe)
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2OH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；图2为对比实施例制备的MOF
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74
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Fe，实施例1制备的MIL
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53(Fe)
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2OH的傅里叶红外光谱（FT
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IR）图；图3为溶剂热法对比实施例制备的MOF
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74
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Fe，实施例1制备的MIL
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53(Fe)
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2OH的拉曼（Raman）图谱的对比图；
图4为溶剂热法对比实施例制备的MOF
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74
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Fe，实施例1制备的MIL
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53(Fe)
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2OH的C1s和N1s高分辨率光电子能谱（XPS）图谱的对比图；图5为溶剂热法对比实施例制备的MOF
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74
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Fe，实施例1制备的MIL
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53(Fe)
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2OH的Fe2p高分辨率XPS图谱的对比图；图6为溶剂热法实施例1制备的MIL
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53(Fe)
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2OH的场发射扫描电镜（FESEM）图；图7为溶剂热法对比实施例制备的MOF
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74
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Fe的FESEM图；图8为溶剂热法实施例1制备的MIL
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种酚羟基调控的金属有机框架纳米材料OER应用方法，其特征在于具体步骤在于：将通过抑制羟基官能团配位且结构简式为MIL
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53(Fe)
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2OH的酚羟基调控的金属有机框架纳米材制成阳极催化电极，以铂电极为阴极，在浓度为1mol/L
‑
6mol/L的KOH溶液为电解质，常温到85℃条件下，控制电压为0.4
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0.7V下反应12
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100h，其中阳极催化电极催化剂的含量为1
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2mg/cm2。2.根据权利要求1所述的酚羟基调控的金属有机框架纳米材料OER应用方法，其特征在于：所述结构简式为MIL
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53(Fe)
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2OH的酚羟基...

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