自重构异质结构的制备方法技术

本申请公开的一种自重构异质结构的制备方法

【技术实现步骤摘要】
自重构异质结构的制备方法、产品及应用


[0001]本申请涉及催化材料以及纳米材料
，特别是涉及一种自重构异质结构的制备方法
、
产品及应用
。

技术介绍

[0002]氧进化反应
(OER)
是能量转换和储存过程中的关键电化学反应之一，尤其是在水裂解和金属
‑
空气电池中
。
由于其所需的四电子质子耦合转移过程伴随着
O
‑
H
键的断裂和
O
‑
O
键的形成，缓慢的动力学导致了相对较高的过电位来克服能量势垒
。
现有技术使用基于
Ir
或
Ru
的氧化物及其复合材料作为
OER
电催化剂，实现了高效全电解水制氢，但此类催化剂存在耐久性差
、
成本高和稀缺的问题，限制了规模化的应用
。
[0003]金属有机框架
(MOFs)
因其灵活的可调性
(
如组成
、
结构
、
形态
)
而受到特别关注，并被认为是最有前途的非贵金属催化剂材料之一，但其存在较弱的质量
/
电荷转移能力抑制了其在电催化中的本征活性
。
异质结结构由于其丰富的界面位置
、
特定的电子转移路径促进和创新的协同效应，是获得更多活性中心和良好的质量和电荷转移能力的最有效方法之一，有助于突破单一催化剂的线性标量关系，从而实现高活性和高稳定性
。
但异质结材料的合成过程总是很复杂，难以捕获和复制，阻碍了其应用
。
[0004]近几年来，许多研究者们通过电化学原位光谱
(
原位紫外
‑
可见光和原位拉曼
)
证明了一些
MOF
的电化学不稳定性和原位形成物质在电化学中的作用，且许多报告表明，在碱性电解质下形成
(
氧
)
氢氧化物是实际的活性相
。

技术实现思路

[0005]针对上述技术问题，本申请提供一种简单且容易复制的自重构异质结构的制备方法
、
产品及应用
。
[0006]本申请公开的一种自重构异质结构的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤
S1、
过渡金属盐
、
邻苯二甲酸
、2,4
‑
二氨基
‑6‑
苯基
‑
1,3,5
‑
三嗪在水相中进行水热反应，经后处理得到
X
‑
MOF
材料，其中
X
表示过渡金属；
[0008]步骤
S2、
将步骤
S1
得到的
X
‑
MOF
材料研磨得到
X
‑
MOF
粉末材料；
[0009]步骤
S3、
取步骤
S2
得到的粉末
X
‑
MOF
用
KOH
溶液进行碱处理，经后处理得到自重构的
β
‑
X(OH)2/X
‑
MOF。
[0010]本申请的制备方法以二维簇基有机层为原始平台，通过碱处理使得
X
‑
MOF
发生自重构为
β
‑
X(OH)2/X
‑
MOF
异质结构
。
制备得到的催化剂继承了原始
X
‑
MOF
框架平台的独特优势，又由于
β
‑
X(OH)2的生成拥有改善的电导率和电化学活性面积，具有较高的电催化氧进化反应活性和稳定性，实现了较为高效的电催化氧进化反应活性，超过了过渡金属基原始
MOF
材料的反应活性
。
[0011]在本申请中，可以通过调节反应物中过渡金属盐种类
、
反应物比例
、MOF
合成反应时间
、
碱处理的
pH、
碱处理反应比例和处理时间等，实现催化剂的优化设计
。
[0012]以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合
。
[0013]可选的，所述过渡金属盐为六水氯化钴或者六水氯化镍
。
[0014]可选的，步骤
S1
中，以摩尔比计，过渡金属盐：邻苯二甲酸：
2,4
‑
二氨基
‑6‑
苯基
‑
1,3,5
‑
三嗪＝
1:0.8
～
1:0.5
～
1。
[0015]可选的，步骤
S1
中，以摩尔比计，过渡金属盐：邻苯二甲酸：
2,4
‑
二氨基
‑6‑
苯基
‑
1,3,5
‑
三嗪＝
1:1:0.8。
[0016]可选的，步骤
S1
中水的用量为每摩尔过渡金属盐添加
15L
～
30L
水
。
例如可采用去离子水
。
[0017]步骤
S1
中各原料混合时可以采用超声处理
10min
～
30min
，例如
20min
，超声器温度为
25
～
50℃。
[0018]混合均匀后转移到耐压反应器中进行水热反应，水热反应过程是指在一定的温度和压力下，在水
、
水溶液或蒸汽等流体中所进行有关化学反应的总称
。
考虑到水热反应需要高温高压所以选用不锈钢高压釜，内衬特氟龙使反应釜具有非常优秀的耐腐蚀性
。
[0019]可选的，步骤
S1
中的水热反应温度为
170℃
～
200℃
，反应时间
48
～
72h。
[0020]待反应结束后，将冷却的反应液进行后处理，后处理的操作包括离心
、
洗涤
、
干燥，以过渡金属盐为六水氯化钴为例，可得到针簇状
Co
‑
MOF
材料
。
[0021]其中干燥温度可以选择
50
～
80℃
，优选
60℃。
时间可以根据实际干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
自重构异质结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
S1、
过渡金属盐
、
邻苯二甲酸
、2,4
‑
二氨基
‑6‑
苯基
‑
1,3,5
‑
三嗪在水相中进行水热反应，经后处理得到
X
‑
MOF
材料，其中
X
表示过渡金属；步骤
S2、
将步骤
S1
得到的
X
‑
MOF
材料研磨得到
X
‑
MOF
粉末材料；步骤
S3、
取步骤
S2
得到的粉末
X
‑
MOF
用
KOH
溶液进行碱处理，经后处理得到自重构的
β
‑
X(OH)2/X
‑
MOF。2.
根据权利要求1所述的自重构异质结构的制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐为六水氯化钴或者六水氯化镍
。3.
根据权利要求1所述的自重构异质结构的制备方法，其特征在于，步骤
S1
中，以摩尔比计，过渡金属盐：邻苯二甲酸：
2,4
‑
二氨基
‑6‑
苯基
‑
1,3,5
‑
三嗪＝
1:0.8
～
1:0.5
～
1。4.
根据权利要求3所述的自重构异质结构的制备方法，其特征在于，步骤
S1
中，以摩尔比计，过渡金属盐：邻苯二甲酸：
2,4
‑
二氨基
‑6‑
苯基
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：严政，吴嘉倩，曹雪波，吴雅玲，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：