[发明专利]一种二维多孔金属有机杂化材料及其制备方法与在电催化转化生物质中的应用

说明书

本发明提供了一种二维多孔金属有机杂化材料及其制备方法与在电催化转化生物质中的应用，其制备方法包括步骤：将氯化胆碱和草酸于80℃下混合反应，得到低共熔溶剂；将金属盐溶于低共熔溶剂中，微波加热反应后，经洗涤、干燥得到氧化物前驱体；将所得氧化物前驱体经化学后处理，得到二维多孔金属有机杂化材料。本发明的二维多孔金属有机杂化材料的制备方法具有通用性，可以适用于多种二维金属材料的制备，并且制备方法简便快捷，易于操作，所得金属有机杂化材料是扭曲的二维纳米片状结构，且具有多孔结构，能暴露出更多的活性位点，具有较好的电催化生物质转化性能。

技术领域

本发明涉及一种二维多孔金属有机杂化材料及其制备方法与在电催化转化生物质中的应用，属于能源材料领域。

背景技术

化石燃料消耗量的增长及其对环境的有害影响促使研究人员将重点放在更绿色的能源替代品上。近年来，世界能源需求快速增长，预计2010年至2040年期间世界能源消费将增长56％。目前，全球能源需求几乎完全依赖石油、汽油、煤炭和其他化石燃料等不可再生能源。因此，各种代替能源受到了研究人员的极大关注，其中氢能和生物质资源脱颖而出。

地球储量丰富的生物质资源可以被转化为高价值的化学品或绿色聚合物的前体，被认为是原油及其衍生物最理想的替代品。5-羟甲基糠醛(HMF)是由己糖脱水或纤维素的酸催化脱水产生的，是用途最广泛的生物基C6平台分子之一，5-羟甲基糠醛(HMF)被氧化可生成2,5-呋喃二甲酸(FDCA)、5-羟甲基-2-呋喃甲酸(HMFCA)、2,5-二甲基呋喃(DFF)、5-甲酰基-2-呋喃甲酸(FCA)和马来酸等等一系列重要的化学物质。其中2,5-呋喃二甲酸(FDCA)被认为是最有价值的氧化产物之一，因为它通常是生产生物聚合物呋喃酸乙二醇酯(PEF)的前体。呋喃酸乙二醇酯(PEF)被认为是世界上产量最大的塑料之一的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的最有潜力的替代品，广泛用于产品包装和水瓶。然而，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)在化学上是惰性的，因此很难在环境中分解。此外，目前PET的回收技术还不够成熟。相比之下，PEF不仅在材料性能上超过PET，而且还大大减少了不可再生能源的使用和温室气体排放。

电催化氧化是一种非常有发展前景的技术，能耗低，清洁无污染，常温常压即可进行。另一方面，由于电解水制氢的速控步骤为四电子阳极析氧反应，其能垒较高且产物氧气价值相对较低，因此采用低电势的5-羟甲基糠醛(HMF)电氧化反应替代电解水阳极析氧反应，有助于降低电解水制氢总反应能垒，降低生产清洁氢能的能耗。但是，目前生物质单体的电催化转化所用催化剂多为Pt、Pd和Au等贵金属催化剂，成本较高。

因此，开发高效、廉价、耐用的、可大规模商业化应用的生物质单体电催化氧化催化剂至关重要。为此，提出本发明。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种二维多孔金属有机杂化材料及其制备方法与在电催化转化生物质中的应用。本发明的二维多孔金属有机杂化材料的制备方法具有通用性，可以适用于多种二维金属材料的制备，并且制备方法简便快捷，易于操作，所得金属有机杂化材料为二维纳米片状，且具有多孔结构，能暴露出更多的活性位点，具有较好的电催化生物质转化性能。

术语说明：

室温：具有本领域公知的含义，指25℃±5℃。

本发明的技术方案如下：

一种二维多孔金属有机杂化材料的制备方法，包括步骤如下：

(1)将氯化胆碱和草酸于80℃下混合反应，得到低共熔溶剂；

(2)将金属盐溶于低共熔溶剂中，微波加热反应后，经洗涤、干燥得到氧化物前驱体；将所得氧化物前驱体经化学后处理，得到二维多孔金属有机杂化材料。

根据本发明优选的，步骤(1)中所述氯化胆碱和草酸的摩尔比为1:0.5～3，进一步优选为1:1～1.2。