[发明专利]一种银-四氧化三钴和钴基金属有机框架复合析氧催化材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种银‑四氧化三钴和钴基金属有机框架复合析氧催化材料及其制备方法，该复合析氧催化材料包括三部分：银纳米线、四氧化三钴和钴基金属有机框架，其中，四氧化三钴负载在银纳米线表面，四氧化三钴颗粒外负载有钴基金属有机框架多面体。其制备方法包括：采用溶剂热法制备银纳米线，将银纳米线与六水氯化钴和氢氧化钠通过溶剂热过程形成银‑四氧化三钴一维复合材料，将银‑四氧化三钴与硝酸钴的有机溶液和2‑甲基咪唑的有机溶液混合，得到银‑四氧化三钴和钴基金属有机框架复合析氧催化材料。本发明制备的银‑四氧化三钴和钴基金属有机框架复合材料结构稳定、制备过程简单、具有优异的电催化析氧性能，适合工业化大规模生产。

技术领域

本发明属于析氧电催化领域，具体涉及一种银-四氧化三钴和钴基金属有机框架复合析氧催化材料及其制备方法。

背景技术

不可再生能源的过度消耗和环境的急剧恶化迫使人们大力发展安全、清洁、高效的可再生新能源，其中，电解水制氢是开发可再生清洁能源氢气最有效的途径。电催化分解水产生氢气产物纯净、原料丰富、无有害副产物、简洁方便，但是电解过程中不可避免的存在电极极化问题。电极极化使得反应进行需要提供更多的能量，从而降低了能量转换效率，限制其大规模的生产应用。相对于阴极析氢反应的双电子转移过程，阳极析氧反应涉及四电子转移过程，其过电位很大，反应过程十分缓慢，使得整个电解水的过程效率很低。

目前，析氧电极催化剂在酸性和碱性水溶液中综合性能最好的是一些储量稀少、价格昂贵的贵金属氧化物，如RuO₂和IrO₂等，这严重制约了电解水装置大规模的商业化应用。因此，开发地球上储量丰富元素的析氧电催化剂是实现高效电解水产氢的有效途径。

在诸多非贵金属析氧催化剂中，过渡金属氧化物由于组成和结构变化多样，催化性能可调性强而引起了广泛的关注。金属有机框架化合物是自组装金属离子与有机配体而形成的骨架结构材料，具有高比表面积、高孔隙率，结构多样等优点，但是金属有机框架化合物容易发生聚集，而且金属有机框架化合物较难均匀分散在溶剂中。

发明内容

本发明的主要目的是为提供一种银-四氧化三钴和钴基金属有机框架复合析氧催化材料及其制备方法，提高催化效率，提高电流密度，降低成本，提高稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种银-四氧化三钴和钴基金属有机框架复合析氧催化材料的制备方法，包括以下步骤：

将聚乙烯吡咯烷酮、硝酸银、氯化铁溶解在乙二醇中，得到第一混合溶液；

将第一混合溶液逐渐升温至120～150℃反应，反应完成后离心，得到银纳米线；

将银纳米线分散在乙二醇中，加入六水氯化钴和氢氧化钠，得到第二混合溶液；

将第二混合溶液升温至150～180℃进行反应；反应完成后洗涤，得到银-四氧化三钴；

将银-四氧化三钴分散于乙醇中，并加入Co(NO₃)₂·6H₂O，搅拌均匀得到第三混合溶液；

将2-甲基咪唑溶解在乙醇中，搅拌均匀后与第三混合溶液混合，继续搅拌均匀；

离心收集沉淀，干燥，得到复合析氧催化材料。

作为本发明的进一步改进，硝酸银和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为(1:1)～(1:2)，氯化铁与硝酸银的配比为(1～2)mg:1g，乙二醇与硝酸银的配比为(0.25～0.5)L:1g。

作为本发明的进一步改进，六水氯化钴与氢氧化钠的质量比为2:1～4:1，六水氯化钴与乙二醇的配比为(4～8)g:1L。