[发明专利]钴(Ⅱ)金属有机框架材料及其在电催化析氢上的应用

说明书

本发明涉及一种具有电催化析氢性能的钴(II)金属有机框架材料以及作为电催化析氢催化剂的性能测试制。本发明主要利用以六水合氯化钴、1,3,5‑三甲基‑2,4,6‑三羧基苯基苯（H₃TMTA）为主要合成原料，通过溶剂热法获得蓝色块状晶态产物，该产物的分子式可表述为[Co₂(TMTA)(DMF)(H₂O)₃]·Cl。将该蓝色晶态材料经过洗涤干燥研磨并与Nafion超声均匀后，可制得到本发明所述的电催化析氢材料。该材料的制备方法相对简单，材料产率较高，所得到的催化剂具有较好的电解水析氢能力，塔菲尔斜率为125 mV/decade，在电流密度为10 mA/cm²条件下，析氢电位为283 mV，显示出良好的电催化性能，对于开拓新型电催化析氢催化剂领域具有一定的参考价值。

技术领域

本发明属于新型催化剂材料的合成与应用技术领域，特别是金属有机框架材料的制备方法及其在电催化分解水析氢方面的应用。

背景技术

随着社会的不断发展，工业革命以来化石燃料的使用，人类社会的生产力大大提高，但随之引起全球气候变暖等一系列严重问题，也逐渐引起全世界各国的关注世界上资源和能源短缺问题已经在大多数国家甚至全球范围内出现。氢能在在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源。它是一种极为优越的新能源，其主要优点有燃烧热值高、燃烧的产物是只有水，被称为世界上最干净的能源。

如何方便快速地制备氢气成为世界各国科学家不断探寻的前沿课题。目前在工业应用方面，电催化分解水制氢是一种相对简单又高效的方法。该制备流程经历了从水到氢气再到水的过程，可以说该方法较为完美地演绎了自然物质循环利用、持续发展的经典实例。

理论上讲，电解水阴极析氢的电压为0 V，然而，考虑到氢气析出需要一定的过电势、欧姆电阻等情况，实际最小析氢电压都会远远偏离理论电压。从热力学上，电解水析氢反应想要发生，需要比较高的活化能，因此人们都在通过寻求不同催化剂材料从而降低该反应的活化能，使其减少能耗。目前传统电催化析氢材料具有过电势较高，塔菲尔斜率过大等缺点，因此需要探寻新型催化剂材料以期提高产氢效率。近年来，金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks MOFs)是由无机金属中心(金属离子或金属簇)与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。MOFs孔穴的大小、形状及构成等可以通过选择不同配体和金属离子，或者改变合成策略加以调节。借助于中心金属离子的具有一定的变价特性，从而传递外电路电子到水中的氢离子，引起氢离子放电变为氢气。围绕开发合成新型金属有机框架材料并用于电催化析氢的研究越来越受到人们的关注。基于上述原因，本专利公开了一种钴(Ⅱ)金属有机框架材料并实现在电催化析氢上的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钴(Ⅱ)金属有机框架材料的制备方法，并利用该金属有机框架材料的催化性能，实现在电催化析氢上的应用。