[发明专利]一种一维双金属碳化物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种一维双金属碳化物及其制备方法，属于新材料技术领域。本发明提供了一种一维双金属碳化物及其制备方法，以Ag nanowires为模板，可控合成一维ZIF‑8@ZIF‑67纳米复合结构，后续通过煅烧便可以形成双金属碳化物。本发明制备出的具有分级孔结构的碳掺杂材料可作为电解水析氢催化剂，具有较好的催化活性，在1.0M的KOH溶液中测试电解水性能时，当电流密度为10mA cm^‑2时的过电位仅为48.6mV。此外，这种以纳米线为导向的模板化方法也为合理设计和合成复合MOF结构及其衍生的多孔碳或金属氧化物材料提供了新的机会。

技术领域

本发明涉及一种一维双金属碳化物及其制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

金属有机骨架(MOFs)是一类具有超分子结构的晶体多孔结构，由金属离子和有机配体通过配位键连接在一起。近年来，MOF-衍生的碳材料因其超高的比表面积和可控的孔隙结构，引起了人们对其在能量转换和能量存储应用中的研究兴趣。到目前为止，已有许多相关的研究报道，具有其他碳源的多种MOFs可以在惰性气氛下直接热解，不需要任何活化即可转化为无定形微孔碳。遗憾的是，这一领域的研究主要集中在MOF微晶或纳米晶上，对合成材料的形状和尺寸缺乏合理设计。在碳化过程中，MOF晶体由于高温而转变为块状碳粉，导致有效比表面积减小。因此，虽然在电化学领域中已经引入了少量的MOF-衍生的微孔碳作为电催化剂，但大多数催化剂的电化学活性较差。基于结晶的内在驱动力，MOF晶体往往呈现出独特的形态，难以改变。因此，寻找控制MOF晶体尺寸的新策略引起了人们的广泛关注。

在过去的几年里，已经成功地研发了各种各样的高阶MOF结构。例如，Furukawa等人报道了一种快速控制成核位置的方法，在二维和三维空间中形成微观MOFs结构；Maspoch等人采用喷雾干燥方法来构建空心多组分MOF结构；Zhang等人采用模板法合成一维MOF结构。一维纳米材料具有结构刚性和各向异性等特点，一维MOF结构结合了一维纳米结构和多孔结构的优点，在电化学领域具有重要应用。然而，目前一维MOF结构的组成还比较单一，没有得到充分的发展。近年来报道的一维MOF结构较少并且形貌较单一，如Te@ZIF-8结构、ZnO@ZIF-8结构等，通过选择一维材料作为模板，在其表面包裹单金属MOF结构，但是这类材料的电化学性能不是很好，在催化领域的应用不广泛。

发明内容

目前微晶或纳米晶的MOF材料在电化学性能测试过程中，材料容易发生团聚而使其本身的性能降低，为了克服这一缺点，本发明提供了一种一维双金属碳化物及其制备方法，由于一维结构和组成间的相互作用，可以提高材料的催化性能和稳定性。

本发明的第一个目的是提供一种一维双金属碳化物的制备方法，所述制备方法的合成路线如下：

(1)合成Ag纳米线Ag nanowires；

(2)以Ag nanowires为模板，在Ag nanowires表面包裹ZIF-8，合成Ag@ZIF-8nanowires；

(3)在步骤(2)合成的Ag@ZIF-8 nanowires表面包裹ZIF-67，合成Ag@ZIF-8@ZIF-67 nanowires；

(4)对步骤(3)中合成的Ag@ZIF-8@ZIF-67 nanowires进行煅烧，得到Ag@Zn-Co-C材料。

Ag@Zn-Co-C材料的合成步骤示意图见图1。

在本发明的一种实施方式中，所述制备方法的详细合成步骤为：

(1)合成Ag nanowires