一种双金属FeNi-MOF析氧电催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种双金属FeNi

【技术实现步骤摘要】
一种双金属FeNi
‑
MOF析氧电催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于析氧电催化剂
具体涉及一种双金属FeNi
‑
MOF析氧电催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]现代社会对燃料的极大需求，燃烧化石燃料造成了严重的资源消耗和环境问题，迫切需要开发出一种绿色无污染且可持续发展的新型能源。氢能由于其能高效利用且对环境无污染的优点备受关注，是目前一种很有前景的能源。目前制氢方式主要有电解水制氢，电解水制氢的效率受到阳极上的析氧反应(OER)的过电势影响，需要高效而稳定的催化剂来加速反应。
[0003]目前，二氧化钌(RuO2)是具有低过电位和Tafel斜率的最先进的OER催化剂，尤其是在碱性环境中具有良好的催化性能。然其高昂成本、稀缺的自然资源阻碍了工业化应用的可能性。相较之下，金属有机框架(MOF)拥有高比表面积、可调整的孔隙大小和可定制的表面化学性质能最大限度地提高电催化活性。
[0004]研究人员通过高温热解制备独特的金属氧化物/多孔碳材料，这些MOF衍生物在碱性电解质中具有较强的OER性能。但是高温热解过程往往需要多步完成，并且可能会破坏MOF衍生物的结构且减少活性位点。而通过溶剂热法制得的MOF可以直接作为OER电催化剂，无需进行额外的热解处理。此外，相比于常用的有机配体HHTP而言，在其他条件相同的情况下，THQ制得的MOF单位体积具有的金属活性位点密度更高。现有研究结果显示，金属离子与HITP/HHTP等有机配体中的N/O单元配位，表现出有效的电子耦合，可以降低中间产物的吸附能，对OER表现出优异的催化活性。与这些基于三亚苯的配体相比，四羟基对苯醌作为最小的π
‑
共轭配体，显示更高密度氧化还原活性位点。因此，研究并开发具有高催化活性且制备简单的OER催化剂为本领域技术人员所关注。
[0005]“一种双金属MOF衍生的析氧电催化剂的制备”(CN201910554862.1)专利技术，该技术将亚铁盐溶液、镍盐溶液、L
‑
谷氨酸和有机配体混合搅拌反应，所得产物干燥后进行碳化，得到双金属MOF衍生的析氧电催化剂。由于该方法碳化步骤需要在惰性气体保护下于800℃完成，会破坏MOF衍生物的结构，减少活性位点密度，催化活性较低。
[0006]陶雨峰等人(陶雨峰,陈桐,陈陶.金属有机框架材料的合成及电催化性能研究[J].冶金与材料,2021,41(06):9
‑
10.)先将一水合乙酸铜与HHTP混合于玻璃小瓶中，再加入去离子水与N，N
–
二甲基甲酰胺，密封后放入鼓风烘箱加热到85摄氏度，反应24小时后，用去离子水为溶剂离心洗涤三次，干燥后得到Cu
‑
HHTP
‑
MOF。由于该方法选用的是基于三亚苯的配体，与最小的π
‑
共轭配体四羟基对苯醌相比，氧化还原活性位点密度更低，对OER的催化活性较低。
[0007]闻益智等人(闻益智.含应变的钌@二氧化钌核壳纳米球的制备及其电催化析氧性能研究[D].天津:天津大学,2019.)将商用二氧化钌粉末和超纯水按1mg∶1mL的比例密封条件下超声分散20min，用纳秒平行脉冲激光辐照20min后倒入表面皿，转移至冰箱冷冻，并在
真空冷冻干燥箱中冻干，得到Ru@RuO2‑
L。该方法制备的样品虽具有的好的OER催化性能，但由于采用二氧化钌贵金属氧化物为主要原料，且需激光辐照，制造成本高，工业化应用程度低。

技术实现思路

[0008]本专利技术旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、成本低廉和易于工业化生产的双金属FeNi
‑
MOF析氧电催化剂的制备方法，用该方法制备的双金属FeNi
‑
MOF析氧电催化剂的催化性能优异。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案的步骤是：
[0010]步骤一、按亚铁离子∶镍离子的摩尔比为1∶(0.25～4)，将亚铁盐和镍盐混合，得到混合物A；再按浓度为0.017～0.019mol/L，将所述混合物A溶解于混合溶液中，密封条件下超声分散10～15min，得到溶液A。
[0011]所述混合溶液为去离子水和乙二胺的混合物，其中：去离子水∶乙二胺的体积比为400～450∶1。
[0012]步骤二、按四羟基
‑
1,4
‑
苯醌∶所述混合物A的摩尔比为1∶1，将所述四羟基
‑
1,4
‑
苯醌和所述混合物A混合，得到混合物B；再按浓度为0.017～0.019mol/L，将所述混合物B溶解于去离子水中，密封条件下超声分散50～60min，得到溶液B。
[0013]步骤三、按所述溶液B∶所述溶液A的体积比为1∶(0.95～1.05)，将所述溶液B加入到所述溶液A中，密封条件下超声分散10～15min，再于75～85℃条件下保温10～12h，固液分离，干燥，制得双金属FeNi
‑
MOF析氧电催化剂。
[0014]所述亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁中的一种；所述亚铁盐的纯度≥99.8％。
[0015]所述镍盐为乙酸镍、硝酸镍、硫酸镍中的一种；所述镍盐的纯度≥99.95％。
[0016]所述四羟基
‑
1,4
‑
苯醌的纯度≥95％。
[0017]由于采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比具有如下积极效果：
[0018]本专利技术以THQ为有机配体、以亚铁和镍为掺杂金属离子，通过简单的溶剂热法，无需经过热解处理，一步反应即可制得双金属FeNi
‑
MOF电催化剂，合成工艺简单和成本低廉。
[0019]本专利技术通过溶剂热法制得的MOF可以直接作为OER电催化剂，无需进行额外的热解处理。同时反应温度较低，不会破坏MOF衍生物的结构，制得的MOF单位体积具有的金属活性位点密度更高，因此具有更高的催化活性。
[0020]本专利技术所用配体为THQ,相比于常用的有机配体HHTP而言，在其他条件相同的情况下，THQ制得的MOF单位体积具有的金属活性位点密度更高。现有的研究结果表明，金属离子与HITP/HHTP等有机配体中的N/O单元配位，表现出有效的电子耦合，这能降低中间产物的吸附能，对OER表现出优异的催化活性。与基于三亚苯的HITP/HHTP相比，四羟基对苯醌作为最小的π
‑
共轭配体，显示更高密度氧化还原活性位点。
[0021]本专利技术所需原料较二氧化钌(RuO2)的成本低，地球储量丰富，能降低制氢成本，适用于工业化的生产。
[0022]因此，本专利技术具有工艺简单、成本低廉和易于工业化生产的特点，所制备的双金属FeNi
‑
MOF析氧催化剂的催化性能优异。
附图说明
[0023]图1为本专利技术制备的一种双金属FeNi
‑
MOF析氧电催化剂的L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双金属FeNi
‑
MOF析氧电催化剂的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：步骤一、按亚铁离子∶镍离子的摩尔比为1∶(0.25～4)，将亚铁盐和镍盐混合，得到混合物A；再按浓度为0.017～0.019mol/L，将所述混合物A溶解于混合溶液中，密封条件下超声分散10～15min，得到溶液A；所述混合溶液为去离子水和乙二胺的混合物，其中：去离子水∶乙二胺的体积比为400～450∶1；步骤二、按四羟基
‑
1,4
‑
苯醌∶所述混合物A的摩尔比为1∶1，将所述四羟基
‑
1,4
‑
苯醌和所述混合物A混合，得到混合物B；再按浓度为0.017～0.019mol/L，将所述混合物B溶解于去离子水中，密封条件下超声分散50～60min，得到溶液B；步骤三、按所述溶液B∶所述溶液A的体积比为1∶(0.95～1.05)，将所述溶液B加入到所述溶液A中，密封条件下超声分散10～15min，再于75～85℃条件下保温10～12h，固液分离，干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜星，涂婳，王江风，闫珺慧，赵雷，陈辉，方伟，何漩，李薇馨，王大珩，方燚，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：