[发明专利]一种泡沫镍原位负载双金属超分子网格材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种泡沫镍原位负载双金属超分子网格材料的制备方法，先通过溶剂热法制备含硫酸根与4,4'‑联吡啶配体的前驱体溶液，然后添加等物质量的硝酸钴/硫酸亚铁与一张1 cm*2 cm泡沫镍，低温结晶12个小时得到目标物质。该方法简捷高效，具有普适性，为解决超分子网格因受限于超分子网格化学稳定性差、无活性位点等因素一直以来无法应用于电催化全解水提供了一种新思路和有效策略。利用该方法制备出的材料具有良好的电催化全解水功能。

技术领域

本发明属于合成超分子网格材料技术领域，具体涉及一种具有全解水功能的泡沫镍原位负载双金属超分子网格材料的制备方法及其电催化全解水的应用。

背景技术

超分子网格材料是利用分子间的非共价键相互作用来构筑的具有多层次、多通道的有序材料。常具有比表面积大、孔道结构高度有序、孔隙率高、热稳定性及化学稳定性较好、合成方法多样和易于功能化修饰等优点，被广泛用于气体储存、催化、传感等领域。

随着非再生化石资源的日益匮乏以及环境污染的日益严重，发展清洁、绿色的可持续能源势在必行。氢能具有高的能量密度且燃烧产物无污染，是非常有前景的清洁能源。电解水制氢法使用地球存储丰富的水资源作为原料，制备的氢气纯度高，且电解过程中无任何污染物排放，是更为理想的制氢方法。目前最有效的电催化剂仍然是贵金属催化剂，但因超分子网格材料比表面积大、可设计性强、结构清晰，其在电催化领域日益受到人们的关注。

随着人类工业的迅速发展及超分子网格材料的大量应用，各行业对超分子网格材料的功能化要求愈发严苛以及数量需求日益增长，人类对清洁能源越来越关注，因此，发明一种简单高效，自由设计、低温操作、普适性强、产率高的制备超分子网格材料的方法尤为重要。

发明内容

本发明的目的就是提供一种泡沫镍原位负载双金属超分子网格材料的制备方法，该方法简单、可操作性强、普适性强、产率高。

本发明的一种泡沫镍原位负载双金属超分子网格材料的制备方法，采用分步合成，首先选用4,4'-联吡啶、单质硫、硫化钠、去离子水作为配体原料，高温反应制得前驱体溶液，其后低温添加六水合硝酸钴、七水合硫酸亚铁作为金属离子源，混合均匀、充分溶解，再过滤，然后加入泡沫镍，慢速降温并静置，制备得目标产物。

本发明的一种泡沫镍原位负载双金属超分子网格材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）、在聚四乙烯反应釜中将4,4'-联吡啶、单质硫、硫化钠按摩尔比为2.23:2.53:2.53搅拌混合后，加入去离子水并进行二次搅拌混合，然后密封，之后通过升温程序以1℃/min的升温速率升温至150℃，恒温反应72小时，最后通过降温程序以0.1℃/min的降温速率冷却至70℃并保温，得含硫酸根与4,4'-联吡啶配体的前驱体溶液；

（2）、 70℃保温下，在上述制备的前驱体溶液中加入六水合硝酸钴、七水合硫酸亚铁中的任意一种或两种混合均匀，过滤，得黄褐色澄清溶液，浸入一张泡沫镍，以1℃/min的降温速率降温至30℃，静置12小时，得泡沫镍原位负载双金属超分子网格材料，取出用水清洗、自然晾干即可。

本发明所制备的目标产物由两部分组成，一是双金属超分子网格材料，它具有化学式Co_0.5Fe_0.5(H₂O)₃(4,4'-bpy) (SO₄)·(H₂O)_1.5，其中4,4'-bpy为4,4'-联吡啶，另一个是泡沫镍。

本发明的一种泡沫镍原位负载双金属超分子网格材料的制备方法，方法简单、可操作性强、普适性强、产率高，其制备的具有全解水功能的泡沫镍原位负载双金属超分子网格材料，其电催化全解水功能，在1 mol/L的KOH溶液中，电流密度为10 mA/cm²时氧气析出反应过电位为278 mV，氢气析出反应过电位为170 mV，全解水电位为1.63 V。