[发明专利]二维导电金属有机化合物阵列、制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二维导电金属有机化合物阵列材料、制备方法和应用，它包括作为载体的三维基底，及其在三维基底上生长的二维导电金属有机化合物纳米片，其中，当三维基底为泡沫镍时，导电纳米片为镍、镍铁、镍锰、镍钴、镍钽和2,5‑噻吩二羧酸的金属有机化合物纳米片；当三维基底为泡沫铁时，导电纳米片为镍铁、铁锰、铁钴、铁铋和2,5‑噻吩二羧酸的金属有机化合物纳米片；当三维基底为泡沫铜时，导电纳米片为铜铋和2,5‑噻吩二羧酸的金属有机化合物纳米片。该阵列具有优良的导电性和规则排列的二维阵列结构，可以有效地进行电荷和物质传输，从而在能源、催化等领域中具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种纳米材料的制备方法，特别是二维导电金属有机化合物阵列及其制备方法，属于纳米材料制备领域。

背景技术

近年来，严峻的环境问题和气候变化对发展清洁、可再生能源提出了迫切需求。其中，电解水技术可以将太阳能、风能等产生的电能转换为氢气，进行大规模存储，为可再生能源的广泛利用奠定了基础。然而，当前的水电解技术存在一些重要难题：高的过电位、贵金属催化剂和差的电极稳定性等。所以，亟待发展新型的高效、低成本和稳定的催化剂以推进电解水技术的大规模应用。

金属有机化合物是一类新型的电化学活性材料，由金属离子与有机配体连接而构建，具有多孔、结构可调、高表面积等优点，同时结构在分子水平上兼具了无机和有机结构单元的特点，所以展现了广泛的应用前景。然而，传统的块体金属有机化合物具有差导电性（~10^-10 S m^-1）和小孔径（小于2 nm）等问题，且一般以粉末形式制备，非常不利于电荷和物质的传输，所以被认为是一种性能较差的电化学催化剂。

然而，到目前为止，关于二维导电金属有机化合物阵列的制备尚未见报到。一般说来，金属有机化合物的合成方法有多种，主要有水热法、微波法、扩散法、超声法、模板法、微乳液法和共沉淀法等。不同的合成方法和实验条件对金属和有机配体的配位方式、晶体成核生长、以及自组装过程均会产生影响，从而得到不同结构和形貌的产物。其中，溶剂热法由于操作简单而成为制备金属有机化合物的常用方法，但为了增加某个参数或者调控微观形貌，一般需要加入难以去除的表面活性剂、抑制剂等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二维导电金属有机化合物阵列及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种二维导电金属有机化合物阵列，它包括作为载体的三维基底，及其在三维基底上生长的二维导电金属有机化合物纳米片，其中，

当三维基底为泡沫镍时，导电纳米片为镍、镍铁、镍锰、镍钴、镍钽和2, 5-噻吩二羧酸的金属有机化合物纳米片；

当三维基底为泡沫铁时，导电纳米片为镍铁、铁锰、铁钴、铁铋和2, 5-噻吩二羧酸的金属有机化合物纳米片；

当三维基底为泡沫铜时，导电纳米片为铜铋和2, 5-噻吩二羧酸的金属有机化合物纳米片。

优选的，导电纳米片的导电性介于23~43 S m^-1。

一种二维导电金属有机化合物阵列的制备方法，包括以下三个步骤：

步骤一，将2, 5-噻吩二羧酸配体和金属盐溶解于乙醇中；

步骤二，将三维基底置于步骤一所述溶液中，在一定温度和压力的密闭容器中进行反应；

步骤三，将得到的产物洗涤、干燥，得到二维导电金属有机化合物阵列材料。

优选的，当三维基底为泡沫镍时，金属盐选自镍、铁、锰、钴、钽中任意一种金属的可溶性盐，或者金属盐选自铁、锰、钴、钽中任意一种金属的可溶性盐和镍的可溶性盐的组合。