[发明专利]一种高价态金属原子可控掺杂羟基氧化钴及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种金属掺杂羟基氧化钴材料，其特征在于，所述金属为Mo或W中的至少一种；所述金属以单原子形式掺杂在羟基氧化钴晶格中；所述金属掺杂羟基氧化钴材料为空心立方体框架结构；所述框架结构为二维层状纳米片相互交联构成。

2.根据权利要求1所述的金属掺杂羟基氧化钴材料，其特征在于，所述掺杂金属与羟基氧化钴中的钴元素的物质的量比为1～2:4，当掺杂金属为Mo和W共掺杂时，Mo和W的物质的量比为1～9:3。

3.根据权利要求1所述的金属掺杂羟基氧化钴材料，其特征在于，所述空心立方体框架结构的外框长度为300～500nm，内框长度为100～400nm；所述二维层状纳米片的厚度为1～3nm。

4.一种权利要求1-3任意一项所述的掺杂羟基氧化钴材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)利用阳离子型铵盐作为表面活性剂，在水相中共沉淀二甲基咪唑和金属钴盐得到立方体型的ZIF-67模板；

(2)将ZIF-67模板溶于乙醇中，再与溶有掺杂金属盐的水溶液混合，形成包含钴源、钼源和钨源的混合乙醇-水体系；所述掺杂金属盐为钼酸盐和/或钨酸盐；

(3)将上述混合乙醇-水体系在油浴加热和冷凝回流的条件下反应后，离心、洗涤、干燥，得所述金属掺杂羟基氧化物材料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，

步骤(1)中所述阳离子型铵盐为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵或十八烷基三甲基溴化铵中的至少一种；

所述金属钴盐为钴阳离子的硝酸盐、硫酸盐、氯化盐或醋酸盐中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，

步骤(1)具体为：将阳离子型铵盐和金属钴盐溶于水中得到溶液A，将二甲基咪唑溶于水中得到溶液B，将溶液A和溶液B混合得到混合溶液，搅拌、离心、洗涤，得到立方体型的ZIF-67模板。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，

步骤(1)中所述阳离子型铵盐表面活性剂在混合溶液中的量浓度为0.1～0.5mM；

步骤(1)中所述二甲基咪唑在混合溶液中的量浓度为500～800mM；

步骤(1)中所述钴离子盐在混合溶液中的量浓度为10～20mM；

步骤(1)中所述共沉淀温度为10～50℃，处理0.1～1小时。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述钼酸盐为钼酸铵、钼酸钠或钼酸钾中的至少一种；

所述钨酸盐为钨酸铵、钨酸钠或钨酸钾中的至少一种；

所述ZIF-67在乙醇中的浓度为2～5mg/ml，所述掺杂金属盐在水溶液中的浓度为5～10mg/ml；所述乙醇与水的体积比为1～3:1。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中所述油浴加热温度为60～120℃；所述冷凝水的温度为20～30℃。

10.一种权利要求1-3任意一项所述金属掺杂羟基氧化钴材料的应用，其特征在于，所述材料作为电极材料应用于电催化析氧体系。