[发明专利]一种基于金属有机骨架材料析氧催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于金属有机骨架材料析氧催化剂的制备方法。该方法以简单的水热方法在泡沫镍上生长具有片层结构的金属有机骨架材料MIL‑53(Fe)，随后利用三电极体系，在MIL‑53(Fe)表明沉积一层Ni‑S薄膜。本发明方法简单，原料成本低廉，有利于工业化生产，在较为温和的条件下有效控制合成了金属有机骨架MIL‑53(Fe)/Ni‑S复合催化剂。该催化剂具有较好的自支撑能力，同时具有高效的析氧活性，较好的催化稳定性。

技术领域

本发明属于析氧催化剂技术领域，涉及一种基于金属有机骨架材料析氧催化剂的制备方法。

背景技术

随着社会的不断发展，社会对能源的需求越来越大。目前，以燃料电池，锂电池等为代表的能源存储与转换装置受到广泛重视。在这些电池使用过程中，析氧反应是其重要的一步反应。析氧反应是发生在阳极的涉及4个电子转移的反应，具有较高的反应能垒，较慢的反应速率，严重制约了新型能源技术的发展。因此，开发出具有高效析氧反应的催化剂具有重要的现实意义。

传统的析氧催化剂，如RuO₂，IrO₂等贵金属氧化物，由于其储量稀少，价格昂贵，不利于工业生产应用。研究表明，金属有机骨架材料作为一种新型的多孔材料，由于其孔洞大小可调，结构多变，具有较多的催化位点，受到广泛重视。

已有文献报道的直接利用金属有机骨架材料MIL-53作为析氧催化剂，进行电解水析氧反应(Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,1888-1892)。但是其催化活性有待进一步的提高。此外，利用电沉积技术制备的析氧催化活性的性能也有待进一步提高(ACSAppl.Mater.Interfaces 2017,9,31887-31896)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于金属有机骨架材料析氧催化剂的制备方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

基于金属有机骨架材料析氧催化剂的制备方法，以泡沫镍为基底，利用水热方法制备出具有片层结构的金属有机骨架材料MIL-53(Fe)，然后以简单的恒电流沉积方法，制备出具有高催化活性的自支撑的金属有机骨架材料/镍-硫复合高效析氧催化剂，具体步骤如下：

将泡沫镍浸入含有氯化铁和对苯二甲酸的氮氮二甲基甲酰胺溶液中，在100～150℃下进行水热反应，反应结束后，水洗，真空干燥。随后以上述生长有金属有机骨架材料的泡沫镍为工作电极，以Ag/AgCl为参比电极，Pt丝为参比电极，进行恒电流沉积。电解液为氯化镍和的硫脲混合水溶液。沉积一段时间，电流密度为1～10mA/cm²。电沉积时间为5～50分钟。

优选地，所述的氮氮二甲基甲酰胺溶液中，氯化铁的浓度7～15mmol/L，对苯二甲酸的浓度为7～15mmol/L。

优选地，所述的水热反应的时间为15～20小时。

优选地，所述的电解液中氯化镍的浓度为50～100mmol/L。

优选地，所述的电解液中硫脲的浓度0.5～1.5mol/L。

优选地，所述的电沉积时间为5～50分钟。

优选地，恒电流沉积的电流密度为1～10mA/cm²。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)该方法简单，原料成本低廉，便于工业化生产，在较为温和的条件下有效控制合成了基于金属有机骨架材料的高效析氧催化剂；

(2)制得的催化剂具有良好自支撑能力，从而避免了使用Nafion等粘结剂的影响；