[发明专利]一种新型的双功能电化学高效催化剂复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种新型的双功能电化学高效催化剂。更具体地，涉及一种引入亚铁离子来构筑的金属有机框架(MOF)阵列及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：(1)将泡沫镍(NF)放进入盐酸溶液中以去除表面的氧化镍等杂质，提升反应物在泡沫镍表面的附着力，取出洗涤后干燥表面水分，得到活化的泡沫镍载体；(2)将铁盐按照一定的摩尔量称取，并取一定量的配体，溶于溶剂后，将(1)中获得的泡沫镍载体浸入溶液中，溶剂热反应获得具备柱状结构的铁基金属有机框架复合材料。该新型双功能电化学催化剂的制备与运用，具有“大电流”效应，在高电流密度下具有超稳定性，因此相对来说具有更加优良的电化学催化性能和稳定性。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体地，涉及一种新型的双功能电化学高效催化剂复合材料及其制备方法。

背景技术

早在20世纪90年代中期，第一类MOFs就被合成出来，但其孔隙率和化学稳定性都不高。因此，科学家开始研究新型的阳离子、阴离子以及中性的配位体形成的配位聚合物。目前，已经有大量的金属有机骨架材料被合成，主要是以含羧基有机阴离子配体为主，或与含氮杂环有机中性配体共同使用。这些金属有机骨架中多数都具有高的孔隙率和好的化学稳定性。近年来，金属有机框架(MOF)及其衍生物纳米材料具有孔隙率高、比表面积大、周期结构规整、金属中心和配体多样性、可调节功能化等特点，在催化、储能和转化等领域引起了极大的研究兴趣。

现如今，制备MOF材料的方法有很多，主要有：

(1)溶剂法：是在水或有机溶剂存在下，使用带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜或玻璃试管加热原料混合物，在自身压力下反应得到高质量的单晶；

(2)液相扩散法：按一定比例将金属盐、有机配体、合适的溶剂混合后，放入玻璃小瓶中，再将小瓶放入大瓶中，把质子化溶剂也放入大瓶中，之后将瓶盖封住、静置，经过一段时间，MOFs晶体生成；

(3)其他方法：近几年又出现了许多新的制法，其中有溶胶-凝胶法、搅拌合成法、固相合成法、微波、超声波、离子热等方法。

MOFs(metal-organic frameworks，金属有机框架)是一种有着高比表面积的多孔材料，在分子层面能用于设计无机和有机框架材料，在高容量超级电容器领域中有着广泛的应用前景。然而大部分MOFs导电性太差，严重影响了储能器件的性能。由此导电MOFs应运而生，它由配位聚合物如强金属配位基轨道杂化形成的半导体和导体组成。2D和3D的MOFs与1D的相比，拥有更多的孔隙，有更多的氧化还原活性位点。但是，该框架材料的本征能量密度太低，限制了其氧化还原活性位点的理论能量密度提升，从而降低了其体积容量和质量容量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷，本发明提供了一种新型高效的双功能电化学催化剂复合材料及其制备方法，本方法充分结合新型高效的双功能电化学催化剂复合材料的特点，针对性地对该复合材料的制备工艺进行了全新设计，并对制备过程中的关键工艺参数、原料种类进行选择和优化，相应制备得到了一种导电性好、稳定、高强度等综合性能优异的新型双功能电化学高效催化剂复合材料，即：铁基金属有机框架/泡沫镍新型MOFs材料。该材料被证明是一种可用于大规模电解制氢的优异的电催化材料。本发明的设计概念可以很容易地扩展到其他电催化应用，包括电催化还原CO₂，氧还原反应和析氢或者析氧反应，扩宽了电化学催化剂复合材料的应用前景。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种铁基金属有机框架/泡沫镍复合材料的制备方法，包括如下工序和步骤：

工序(一)：多孔沫镍材料准备：取市售泡三维多孔沫镍材料，成分：镍含量99.8％；规格大小：250mm＊200mm＊1mm；面密度：320g/m²±20

工序(二)：制备活化的三维多孔泡沫镍材料载体：