[发明专利]一种由MOF衍生的具有中空结构的层状双氢氧化物电催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种由MOF衍生的具有中空结构的层状双氢氧化物电催化剂的制备方法，属于新能源电催化剂的合成技术领域。本发明的技术方案要点为：选取磷源次磷酸钠的质量为150mg、热解温度为200℃时所制备的MOF衍生电催化剂性能最优，通过进一步的表征研究，MOF的自模板原位假晶转变为表面富含层状双氢氧化物的空心骨架结构，相比于多数的磷化物，该制备方法所得的MOF衍生电催化材料呈现理想的多孔结构，丰富的氧化还原化学和较优异的导电性能。

技术领域

本发明属于新能源电催化剂的合成技术领域，具体涉及一种由MOF衍生的具有中空结构的层状双氢氧化物电催化剂的制备方法。

背景技术

随着经济的迅速发展，传统化石燃料（石油、天然气和煤等）的消耗日益增加使得这些不可再生资源濒临枯竭并伴随一系列的环境污染问题。在已发展的新能源中，氢能因具有燃烧热值高、来源广泛和环境友好等优点引起各界的广泛关注。电解水制氢析氧被认为是一种理想的制备高纯氢气的方法，其反应物为水，产物是氧气和氢气，对环境没有污染危害，是一个环境友好型的绿色能源系统。

为了满足对清洁和可持续能源的迫切需求，用于产生氢气和氧气的电催化水分解是从可再生能源获得清洁燃料的环境友好替代方案。目前已知铂（Pt）和铱（Ir）基材料分别是具有最高的HER和OER活性的材料，然而这类贵金属材料的稀缺性和不稳定性使它们难以被大规模的引入能量转换和存储应用中。因此，现在致力于设计和合成高活性、耐用且低成本的非贵金属基析氢电催化材料。

金属有机骨架（MOF）是由功能性有机配体连接的金属中心/簇组成的典型多孔多功能材料，它们具有高比表面积和均匀孔隙率的独特性能，可用于各种领域，最近MOF衍生材料显示出在能量转换和储存领域具有巨大潜力，例如用于析氧和制氢。

大量研究表明，不同的合成方法不仅影响NiCo LDHs的颗粒大小、形状及其晶型等结构形态特征，还会影响其电学性质及催化活性。增强的催化性能归因于其中空纳米结构材料的低质量密度、大表面积、高表面渗透性、高负载能力和缩短的扩散路径等优点而被研究，以增强电荷传输速率和催化性能。因此寻求一种新的高效电催化剂的合成策略是至关重要的。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种由MOF衍生的具有中空结构的层状双氢氧化物电催化剂的制备方法，该方法最终制得具有更高性能的析氧电催化剂，从而有效提高氧析出效率，降低能耗。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种由MOF衍生的具有中空结构的层状双氢氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：

步骤S1：将2.91g硝酸钴和3.2g二甲基咪唑分别溶于200mL甲醇中得到溶液A和溶液B，将溶液B加入到溶液A中并搅拌混合均匀，将混合溶液于室温老化24h，离心收集沉淀，用水和乙醇洗涤并于60℃干燥得到ZIF-67，再将ZIF-67在氮气气氛下以1℃/min的升温速率升温至400℃退火2h得到ZIF-67-C；

步骤S2：将12mg ZIF-67-C和24mg硝酸镍六水合物分散于30mL乙醇中并于120℃水热反应2h，离心收集沉淀，用水和乙醇洗涤并于60℃干燥得到C/LDH；

步骤S3：将50-150mg次磷酸钠和10mg C/LDH置于管式炉中，以1℃/min的升温速率升温至200℃退火2h最终制得由MOF衍生的具有中空结构的层状双氢氧化物电催化剂。

进一步优选，步骤S3中所述次磷酸钠的添加量为150mg，该条件下制备的由MOF衍生的具有中空结构的层状双氢氧化物电催化剂经过标准三电极体系的电化学性能测试，在10mA/cm²的电流密度条件下过电位为131mV。