[发明专利]一种多级结构镍钴双金属层状氢氧化物材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种多级结构镍钴双金属层状氢氧化物（NiCo‑LDH）材料的制备方法，包括以下步骤：1）将钴盐甲醇溶液与苯并咪唑甲醇溶液混合搅拌反应2~8 h，静置，经离心、干燥获得产物Co‑ZIF；2）将步骤1）所得产物Co‑ZIF与镍盐于乙醇中混匀，然后于70~90℃水热反应4‑8 h，得沉淀，经离心、干燥得到多级结构镍钴双金属层状氢氧化物材料；其保持了Co‑ZIF前驱体材料的圆饼状，内部是空心结构，圆饼由花状纳米球组成，纳米球又由超薄纳米片组装而成。该多级的结构增加了材料的比表面积和孔隙率，提高了材料的离子导电率和电化学性能。

技术领域

本发明属于氢氧化物材料制备技术领域，具体涉及一种多级结构层状氢氧化物材料（NiCo-LDH）及其制备方法，特别涉及一种以含钴金属有机框架作为模板，制备镍钴双金属层状氢氧化物材料的方法。

背景技术

双金属层状氢氧化物（Layered Double Hydroxides），简称LDHs，作为一种无机层状材料，因其在催化、分离、生物、储能等方面的潜在应用而引起了广泛的研究兴趣。一般来说，LDHs材料是由两种不同价态的金属阳离子 (+2，+3/+4) 和氢氧阴离子组成的插层化合物。LDHs材料的性质与它们的元素组成、形状、大小有密切的联系。在各种过渡金属中，镍钴双金属氢氧化物（NiCo-LDH）因其导电性高、稳定性强等优点得到了广泛的研究。同时，合成具有大比表面积的LDHs，如三维层状结构、核壳结构等可以显著提高材料的性能。传统的制备双金属层状氢氧化物的方法如共沉淀法、离子交换法和水热法只专注于获得均匀的晶体沉淀，对形态、粒度、孔隙、比表面积等的控制较差，这极大的限制了它们的性能及应用。

金属有机框架（Metal-Organic Frameworks），简称MOFs，它们由金属离子和有机配体自组装而成，是一类新型杂化功能材料，其丰富的官能团、高的比表面积和孔隙率以及均匀可调的粒径、形态，使MOFs成为催化领域中的潜在材料。作为MOFs的典型例子，咪唑沸石骨架（ZIFs）结合了沸石和MOFs的优点，具有高的化学稳定性和热稳定性，可以作为制备形态、粒度可控的LDHs的理想模板。众所周知，ZIFs制备中有机配体的选择是非常重要的，因为有机配体的配位模式和构型的灵活性被认为是分子网络微调的最基本的因素，通过改变咪唑配体可以调控ZIFs的形态以至于可以改善LDHs的催化性能。同时，以ZIFs作为模板引入过渡金属LDHs可以促进离子嵌入并降低传质阻力，同时，多金属体系的引入还可以提高反应的活性位点数量和离子传输速率。

发明内容

针对上述背景技术中存在的问题，本发明目的在于提供了一种具有多级结构的镍钴双金属层状氢氧化物NiCo-LDH材料及其制备方法，其以钴基ZIFs为模板得到的NiCo-LDH不仅可以继承大表面积和高孔隙率，而且形态、粒度可控，从而提高了反应的活性位点数量和离子传输速率，增强了材料的电化学性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种多级结构镍钴双金属层状氢氧化物材料的制备方法，其包括以下步骤：

1）将钴盐甲醇溶液与苯并咪唑甲醇溶液混合搅拌反应2~8 h，静置，经离心、干燥获得产物Co-ZIF；

2）将步骤1）所得产物Co-ZIF与镍盐于乙醇中混匀，然后于70~90℃水热反应4-8h，得到绿色沉淀，经离心、干燥即得。该多级结构镍钴双金属层状氢氧化物材料，其微观形貌为：粒径为1~2 μm，外部为由超薄纳米片组装而成的纳米花球，内部为中空结构。

具体的，步骤1）中，所述钴盐为Co (NO₃)₂·6H₂O，钴盐和苯并咪唑的摩尔比为1:(4~6)。

进一步优选的，步骤1）中，静置时间为2~8 h。