[发明专利]一种钪掺杂氢氧化钴电催化析氧材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种钪掺杂氢氧化钴电催化析氧材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)金属有机骨架材料ZIF-67纳米片的制备；

(2)钪掺杂ZIF-67纳米片的制备；

(3)钪掺杂氢氧化钴材料的合成；

步骤(1)所述金属有机骨架材料ZIF-67纳米片的制备，具体操作步骤如下：

A1.将四水乙酸钴、十六烷基三甲基溴化铵和去离子水混合后超声，得到混合溶液1；

A2.将2-甲基咪唑和去离子水混合得到溶液2；

A3.将混合溶液1和溶液2混合后常温搅拌得到混合溶液3；

A4.将混合溶液3置于高温反应釜内加热，离心，用乙醇洗涤得到固体物1；

A5.将固体物1真空干燥，得到纳米片状的金属有机骨架材料ZIF-67；

步骤A1所述四水乙酸钴和十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为1:(0.1～0.2)；步骤A1所述四水乙酸钴与去离子水的摩尔体积比为1:(10～20)mmol/mL；步骤A2所述2-甲基咪唑与去离子水的摩尔体积比为1.13～2.92mmol/mL；步骤A1所述四水乙酸钴和步骤A2所述2-甲基咪唑的摩尔比为1:(25～35)；步骤A3所述常温搅拌的时间为15～60min；步骤A4所述加热的温度为110～130℃；步骤A4所述加热的时间为10～24h；

步骤(2)所述钪掺杂ZIF-67纳米片的制备，具体操作步骤如下：

B1.将三氟甲磺酸钪和乙醇混合得到溶液4；

B2.将步骤(1)得到的金属有机骨架材料ZIF-67与乙醇混合得到溶液5；

B3.将溶液4和溶液5混合搅拌，离心，用乙醇洗涤，得到固体物2；

B4.将固体物2真空干燥，得到钪掺杂的ZIF-67材料；

步骤B1所述三氟甲磺酸钪和乙醇的摩尔体积比为1:(500～800)mmol/mL；步骤B2所述金属有机骨架材料ZIF-67与乙醇的质量体积比为1:(0.25～0.5)mg/mL；步骤B3所述搅拌的时间为5～15min；

步骤(3)所述钪掺杂氢氧化钴材料的合成，具体操作步骤如下：

C1.将步骤(2)得到的钪掺杂的ZIF-67材料、乙醇和去离子水混合，得到溶液6；

C2.将溶液6用油浴加热，离心，用乙醇和去离子水洗涤，得到固体物3；

C3.将固体物3真空干燥，得到钪掺杂氢氧化钴材料；

步骤C1所述钪掺杂的ZIF-67材料和乙醇的质量体积比1:(5～10)mg/mL；步骤C1所述钪掺杂的ZIF-67材料和去离子水的质量体积比为1:(1.25～2.5)mg/mL；步骤C2所述油浴加热的温度为70～100℃；步骤C2所述油浴加热的时间为15～45min。

2.根据权利要求1所述的钪掺杂氢氧化钴电催化析氧材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)A5所述真空干燥的温度为50～80℃；步骤(1)A5所述真空干燥的时间为8～12h。

3.根据权利要求1所述的钪掺杂氢氧化钴电催化析氧材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)B4所述真空干燥的温度为50～80℃；步骤(2)B4所述真空干燥的时间为8～12h。

4.根据权利要求1所述的钪掺杂氢氧化钴电催化析氧材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)C3所述真空干燥的温度为50～80℃；步骤(3)C3所述真空干燥的时间为8～12h。

5.一种由权利要求1-4任一项所述制备方法得到的钪掺杂氢氧化钴电催化析氧材料，其特征在于，所述材料为片状氢氧化钴组装的中空纳米片，元素钪以金属原子以及羟基氧化钪的形式掺杂，表达式为Sc-Co(OH)₂。

6.一种权利要求5所述的钪掺杂氢氧化钴电催化析氧材料在电催化析氧方面的应用。