一种基于NiFe-MOF双金属有机骨架材料的OER和UOR催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于NiFe

【技术实现步骤摘要】
一种基于NiFe
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MOF双金属有机骨架材料的OER和UOR催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及氢能
，尤其涉及一种基于NiFe
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MOF双金属有机骨架材料的OER和UOR催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]氢能具有长期、大容量储存和低温室气体排放等优点，是一种很有前途的环境友好型能源。使用电催化剂分解水是一种对环境友好的制氢的有效方法，然而，分解水装置的大规模应用主要受到阳极放氧反应迟缓的阻碍，它涉及复杂的多电子转移。因此，人们致力于设计和开发高性能的OER电催化剂来降低过电位，最终达到降低全解水电压的目的。另一方面，尿素氧化反应(UOR)近年来引起了人们的广泛关注，由于UOR比OER具有更负的平衡电位(0.37V vs.RHE)，含有废水或尿素辅助水分解是一种更经济可行的制氢方式。尿素氧化不仅可以将废水中的尿素分解成无污染的二氧化碳和氮气，而且可以降低反应的能耗，是替代OER的理想反应。在碱性溶液中，尿素氧化反应(UOR)是：(CO(NH2)2+6OH
‑→
N2+5H2O+CO2+6e
‑
，它涉及六个电子的转移，依旧存在反应动力学缓慢的问题。这使得寻找高效稳定的电催化剂来提高反应速率成为必然。目前，RuO2/IrO2和Pd是公认的具有高催化效率的OER和UOR电催化剂，但这些贵金属的自身局限性如价格昂贵和自然丰丰度低，限制了其规模化应用。因此，开发高效低成本的OER和UOR电催化剂具有重要意义。
[0003]金属有机骨架(MOF)是一类由有机配体与无机金属离子以晶体结构配位而成的功能材料，具有丰富的固有分子金属中心、丰富的孔隙率、较大的比表面积和无机
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有机结构单元的特点，引起了人们广泛的研究兴趣。MOF基本上是由与有机连接物和溶剂分子配位的金属簇合物组成的。通过选择合适的金属离子中心和功能配体，可以精心设计和制造纳米结构的催化剂。Ni作为成本低的过渡金属被广泛研究，Zhang已报道过Ni元素与有机配体连接形成Ni
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MOF作为一种有前途的OER电催化剂，它在电流密度为10mA/cm2时OER的过电位为310mV。此外，镍基材料也已经被认为是潜在的UOR电催化剂，如氢氧化镍，镍钼化合物，镍及其复合物等。然而，由于金属位点的饱和配位环境和低电导率，单金属MOF的催化活性并不令人满意，所以我们需要对单金属MOF进行优化使它发挥出更好的电催化性能。
[0004]可以通过对MOF进行电子结构的调节来提高催化性能，目前常用的一类方法是杂原子掺杂，己有报道证实通过这种方法可以优化电子结构和改变表面性质，从而加速惰性小分子的活化。Fe作为金属过渡元素，本身就具有良好的本征活性。原子结构相似的Ni和Fe之间可发生相互作用，这一作用能够对活性中心附近的电子结构进行调控，从而提高了析氧反应的动力学。因此，在单金属MOF中引入铁基，对原本的结构进行调节，构建双金属MOF，通过双金属之间的协同作用来提高电催化性能具有重要意义。
[0005]基于以上技术背景，本技术专利技术提出了一种基于NiFe
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MOF双金属有机骨架材料的OER和UOR催化剂的制备方法，通过一锅溶剂法，将铁基引入Ni
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MOF，合成了双金属NiFe
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MOF电催化剂，相关技术未见报道。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种基于NiFe
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MOF双金属有机骨架材料的OER和UOR催化剂的制备方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种基于NiFe
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MOF双金属有机骨架材料的OER和UOR催化剂的制备方法，该制备方法以Ni源、Fe源及相关配体为原料，制备得到NiFe
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MOF双金属有机骨架材料，具体包括以下步骤：
[0008]取0.585g Ni(NO3)2·
6H2O、0.403g的FeCl2·
4H2O、4.014g的尿素、100.7mg的对苯二甲酸于80mLDMF在烧杯中溶解，恒温下置于磁力搅拌器上搅拌30min至溶液均匀，溶液呈红棕色。将烧杯中的溶液转移到100mL的反应釜中，在设定温度下进行水热反应8h；反应结束后通过离心收集材料，并用去离子水和乙醇交叉洗涤收集的材料，共洗涤六次，最后在60℃的烘箱中干燥12小时，即可得到NiFe
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MOF双金属有机骨架材料。
[0009]优选的，水热反应的温度范围为80
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180℃。
[0010]本专利技术有益效果：
[0011]1.本专利技术所制备的NiFe
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MOF双金属有机骨架材料可以高效实现电催化OER和UOR以及有效电催化全分解水产氢。
[0012]2.本专利技术所制备的NiFe
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MOF双金属有机骨架材料的形貌规整，且制备简单，成本低，适用大面积推广应用。
附图说明
[0013]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0014]图1本专利技术具体实施例4制备的NiFe
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MOF双金属有机骨架材料的扫描电镜图；
[0015]图2为本专利技术具体实施例4制备的NiFe
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MOF双金属有机骨架材料电催化全分解水性能图。
具体实施方式
[0016]本部分将详细描述本专利技术的具体实施例，本专利技术之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本专利技术的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本专利技术保护范围的限制。
[0017]本专利技术的优选实施例，一种基于NiFe
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MOF双金属有机骨架材料的OER和UOR催化剂的制备方法，该制备方法以Ni源、Fe源及相关配体为原料，制备得到NiFe
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MOF双金属有机骨架材料，具体包括以下步骤：
[0018]取0.585g Ni(NO3)2·
6H2O、0.403g的FeCl2·
4H2O、4.014g的尿素、100.7mg的对苯二甲酸于80mLDMF在烧杯中溶解，恒温下置于磁力搅拌器上搅拌30min至溶液均匀，溶液呈红棕色。将烧杯中的溶液转移到100mL的反应釜中，在设定温度下进行水热反应8h；反应结束后通过离心收集材料，并用去离子水和乙醇交叉洗涤收集的材料，共洗涤六次，最后在60℃的烘箱中干燥12小时，即可得到NiFe
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MOF双金属有机骨架材料。
[0019]本实施例中，水热反应的温度范围为80
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180℃。
[0020]具体实施例1
[0021]取0.585g Ni(NO3)2·
6H2O、0.403g的FeCl本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NiFe
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MOF双金属有机骨架材料的OER和UOR催化剂的制备方法，其特征在于：该制备方法以Ni源、Fe源及相关配体为原料，制备得到NiFe
‑
MOF双金属有机骨架材料，具体包括以下步骤：取0.585g Ni(NO3)2·
6H2O、0.403g的FeCl2·
4H2O、4.014g的尿素、100.7mg的对苯二甲酸于80mLDMF在烧杯中溶解，恒温下置于磁力搅拌器上搅拌30min至溶液均匀，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋华麟，赵喆，陈萍华，段雪晴，王帅，叶龙，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：