[发明专利]一种钯掺杂有机金属框架催化材料制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种钯掺杂有机金属框架催化材料制备方法及应用，属于电化学领域，该催化材料的制备方法如下：通过水热法合成镍‑有机金属框架，再用原位还原法将钯掺杂入镍‑有机金属框架中，得到钯掺杂有机金属框架催化材料，以该方法制备的催化剂不仅具有电荷转移效率高且碱性析氢性能优异：在N₂饱和1 M KOH溶液中，该催化材料的起始电位（即电流密度为‑1 mA·cm^‑2时的电位）比镍‑金属有机框架正移660 mV，且电流密度为‑10 mA·cm^‑2时，其析氢过电势为50 mV，比镍‑金属有机框架(683 mV)降低了633 mV。

技术领域

本发明属于电化学领域，具体涉及一种钯掺杂有机金属框架催化材料制备方法及应用。

背景技术

随着世界能源消耗和环境污染的加剧，人们迫切需要开发新的可持续的清洁能源。氢能以其高能量密度和无污染的特性被认为是一种替代传统化石能源的理想能量载体。众所周知，氢气可以通过各种方法产生，如电解水、化学方法和生物过程。其中，电解水制氢被认为是最清洁的方法之一，并有广阔的应用前景。当前，铂或铂基等贵金属材料，被证明是电解水制氢的最佳电催化剂。然而，其高昂的价格和稀有程度限制了其实际应用。因此，寻找稳定、廉价、高效的电催化剂是目前研究的重点和难点之一。

最近开发的有机金属框架(MOFs)已被证明是一种新型的理想前体，可用于简单合成各种多孔碳基纳米材料，具有均匀和可定制的孔隙率，高比表面积等。一些MOFs衍生的多孔碳基材料已经在许多领域被证明是活性电催化剂。但其导电性差在电催化领域应用较少。针对上述问题，在MOFs中掺杂客体金属增强其导电性并用于电催化析氢的发明是解决上述问题最佳方案之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种钯掺杂有机金属框架催化材料制备方法及应用；目的之二在于提供一种钯掺杂有机金属框架催化材料；目的之三在于提供一种该催化材料在碱性溶液中电催化析氢反应中的应用。

为了实现上述目标，本发明提供如下的技术方案：

1. 将金属镍源溶于去离子水形成A溶液，有机配体和表面活性剂分散到N,N-二甲基甲酰胺和无水乙醇的混合溶剂中形成B溶液,再将A，B溶液混合均匀转移到不锈钢反应釜中，在180-220℃下反应8-16h后离心取沉淀，将所述沉淀洗涤后真空干燥，得到镍-金属有机框架；所述金属镍源、有机配体与表面活性剂的质量比为1-10:1-5:1-5。

取一定量的镍-有机金属框架，表面活性剂 ，氯化钯（PdCl₂）和硼氢化钠 (BH₄Na)在磁力搅拌器的搅拌下依次加入到去离子水和无水乙醇混合溶剂中分散均匀，然后转移到不锈钢反应釜中，在180-220℃下反应8-16h后离心取沉淀，将所述沉淀洗涤后真空干燥，得到钯掺杂有机金属框架催化材料；所述镍-有机金属框架，表面活性剂，氯化钯（PdCl₂）和硼氢化钠 (BH₄Na)的质量比为200-500:1-10:0.1-1:1-10。

优选的，所述A，B溶液混合均匀具体为A，B分别在超声功率为60-100W，超声频率为20-40Hz的条件下超声10-60min，然后磁力搅拌10-20min，最后将B溶液滴加入A溶液中，继续搅拌20-60min。

优选的，所述离心具体为以8000-12000r/min的速度离心3-5min。

优选的，所述真空干燥具体为在0.08-0.10MPa，50-80℃下干燥12-48h。

优选的，所述金属镍源为氯化镍、硫酸镍、硝酸镍或醋酸镍中的一种；所述有机配体为均苯三甲酸或对苯二甲酸中的一种；所述表面活性剂为柠檬酸、柠檬酸三钠、CTAB或PVP中的一种或多种。

2. 由所述的方法制备的钯掺杂有机金属框架催化材料。