[发明专利]一种MOF复合的铜基纳米棒阵列@泡沫铜基复合电极材料及其制备方法和用途有效

专利信息
申请号: 201910267713.7 申请日: 2019-04-03
公开(公告)号: CN110331414B 公开(公告)日: 2021-07-13
发明(设计)人: 喻发全;李攀;王建芝;谌伟民;蔡宁 申请(专利权)人: 武汉工程大学
主分类号: C25B11/031 分类号: C25B11/031;C25B11/054;C25B11/061;C25B11/091;C25B1/04
代理公司: 湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102 代理人: 崔友明
地址: 430074 湖北*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 mof 复合 纳米 阵列 泡沫 电极 材料 及其 制备 方法 用途
【说明书】:

发明公开了一种MOF复合的铜基纳米棒阵列@泡沫铜基复合电极材料及其制备方法和用途。所述MOF复合的铜基纳米棒阵列@泡沫铜基复合电极材料的特征在于,以泡沫铜为基底,所述泡沫铜的表面生长具有MOF复合的氢氧化铜纳米棒阵列;所述MOF为ZIF‑67。其制备方法采用原位合成法直接在泡沫铜基底上生长Cu(OH)2的纳米棒阵列,再以Cu(OH)2纳米棒阵列为基底通过模板定向生长在其表面生长MOF粒子,最后通过脱水处理得到具有电催化性能的电极材料。该复合材料在碱性条件下性能稳定,具有较高的重复利用度,较大的电化学活性面积,极大的提高了材料的催化活性;该制备方法制备工艺简单、烧结温度低、制备过程中能耗低,便于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种MOF复合的铜基纳米棒阵列@泡沫铜基复合电极材料及其制备方法和用途,属于电解水催化析氧技术领域。

背景技术

能源作为人类社会各种生产活动的基石,是人类生产力发展的最主要的推动力。从古至今,化石能源作为人类主要利用的能源,其消耗速度随着人类的发展变得越来越快,特别是进入工业化社会以来,现有的储存即将在几个世纪内消耗殆尽。化石能源的消耗也带来了环境污染问题,因此,发展可持续清洁的替代能源是当务之急。由于氢气燃烧过程能释放巨大的能量且产物是水,因此,氢气被认为一种可持续清洁能源。从环境友好的角度来讲,电化学催化分解水制氢是制备氢气的理想途径之一。电解水包括阳极的产氧反应(OER)和阴极的析氢反应(HER),其中OER反应是一个四电子转移的动力学缓慢过程,往往需要消耗较高的能量。目前,贵金属基催化剂(RuO2/IrO2)是一种高效的产氧催化剂,然而这些贵金属基催化剂的价格昂贵,储量有限,限制了其大规模工业化应用。因此,为了满足发展可持续能源的要求,开发应用高效廉价的析氧催化剂来替代昂贵的贵金属催化剂显得十分重要。

近年来,已有一些非贵金属被用来作为析氧催化剂,但是催化稳定性和催化性能并不能达到工业化生产要求。因此,发展一种廉价、易于制备且高性能的非贵金属催化剂对促进析氧反应工业化发展有着重要意义。研究发现碱性条件下的析氧反应具有无污染、操作方便、技术成熟、易于大规模化生产等优点,成为研究热点之一。但碱性条件下析氧反应的催化剂存在催化活性与稳定性差等问题,还需要进一步的研究。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足,本发明的目的是提供一种MOF复合的铜基纳米棒阵列@泡沫铜基复合电极材料(ZIF-67@Cu(OH)2@泡沫铜)及其制备方法和用途。所述复合电极材料具有较高的催化活性、较强的稳定性、较高的析氧性能和重复利用度。其制备工艺简单,烧结温度低,制备过程中能耗低,便于工业化生产。

为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:

一种MOF复合的铜基纳米棒阵列@泡沫铜基复合电极材料(ZIF-67@Cu(OH)2@泡沫铜),其特征在于,所述复合电极材料以泡沫铜为基底,所述泡沫铜的表面生长具有MOF复合的氢氧化铜纳米棒阵列;所述MOF为ZIF-67。

本发明还提供上述MOF复合的铜基纳米棒阵列@泡沫铜基复合电极材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)将过硫酸铵水溶液和氢氧化钾水溶液配制成前驱体溶液,将泡沫铜浸入所述前驱体溶液中进行反应,反应结束后,洗涤干燥,得到表面生长有金属铜氢氧化物纳米棒阵列的泡沫铜(Cu(OH)2@泡沫铜);

2)将步骤1)所得表面生长有氢氧化铜纳米棒阵列的泡沫铜放入ZIF-67的前驱体溶液中,反应一段时间,通过结晶、老化在所述纳米棒表面负载ZIF-67粒子,水洗干燥,得到未经脱水的MOF复合的铜基纳米棒阵列@泡沫铜基复合电极材料;

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