[发明专利]一种酸修饰超薄金属有机框架纳米片催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种酸修饰超薄金属有机框架纳米片催化剂及其制备方法和应用。其制备方法包括步骤：步骤1，将2,6‑萘二甲酸溶解后，向其中加入钴盐和缚酸剂搅拌反应得到MOF的分散液，再将所述分散液超声剥离，产物洗涤、分离得到纳米片；步骤2，将所述体纳米片置于酸溶液中进行酸处理，随后洗涤、分离、干燥得到。本发明利用MOF材料在酸性环境下不稳定的特性，酸处理来诱导MOF材料发生键长变化，从而改变酸处理催化剂的能带位置和电子结构，降低氧析出能量势垒，在酸液浓度、酸洗时间优选范围内，可实现高效电化学水分解析氧反应，其催化效果更佳。

技术领域

本发明涉及能源材料合成技术领域，具体涉及一种酸修饰超薄金属有机框架纳米片催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

金属有机框架(MOF)是近年来研究的热点，它是由金属原子节点和有机配体配位形成的具有均匀孔隙和周期性结构单元的化合物，由于其高孔隙率和结构多样性被认为是一类极具发展前景的催化剂，而其规整的内部结构，更便于对其电子结构进行调控，往往被用以进行精细结构的修饰来研究催化过程的机理。

不仅如此，将金属有机框架催化剂应用到电化学催化分解水领域既能够有效缓解日趋棘手的能源问题，也能够从机理研究上创造出更具催化活性的催化剂。除此之外，金属有机框架催化剂能够有效减少使用当前普遍认为是最优的OER催化剂(贵金属催化剂)，采用价格低廉、绿色环保的碳材料来取代价格高昂的贵金属催化剂。

然而，金属有机框架催化剂在强酸和强碱环境下都极其不稳定，加上OER过程施加正的电压，更容易加剧金属有机框架的破坏，从而影响其催化性能和稳定性。

例如，CN111995760A公开了一种钴-金属有机框架纳米片及其制备方法。该纳米片经过钴离子和有机配体自组装而成，其中，钴离子为二价离子Co(2+),有机配体为吡啶和4,4’-联吡啶，该纳米片形貌为二维片状结构，长为500至4000nm，宽为200至1000nm，厚度为10至70nm，可以作为电催化析氧反应电极材料和超级电容器电极材料，其形貌均一，长宽/厚度比值大。但由于材料在碱性条件下不稳定，因此该金属有机框架纳米片没有表现出特别优异的电解水产氧活性和稳定性。

又如，CN113105645A公开了一种镍基金属有机框架化合物制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将镍盐、2,5-噻吩二羧酸、4,4’-联吡啶、水和N,N-二甲基甲酰胺置于反应容器中，搅拌均匀，超声处理，之后置于高压反应釜中进行反应，降至室温，抽滤得到翠绿色粉末，即为镍基金属有机框架化合物。催化剂比商业铱碳的导电性更好，在电化学催化过程有更好的电子利用率。但材料的催化产氧性能和稳定性不佳。

可见，基于MOF材料的研究仍然在继续探索，该领域针对成本低，且具有高效、稳定的电催化性能的催化剂的需求是很迫切的。

发明内容

本发明针对现有技术中基于MOF材料的催化剂电催化性能效果不佳、稳定性不足的缺陷，提供一种酸修饰超薄金属有机框架纳米片催化剂的制备方法，利用MOF材料在酸性环境下不稳定的特性，获得具有优异的催化活性和稳定性的电催化剂，其性能甚至优于目前公认具有良好OER性能的贵金属催化剂。

为实现上述目的，一方面，本发明采用的技术方案是：

一种酸修饰超薄金属有机框架纳米片催化剂的制备方法，包括步骤：

步骤1，将2,6-萘二甲酸溶解后，向其中加入钴盐和缚酸剂搅拌反应得到MOF的分散液，再将所述分散液超声剥离，产物洗涤、分离得到纳米片；

步骤2，将所述体纳米片置于酸溶液中进行酸处理，随后洗涤、分离、干燥得到所述酸修饰超薄金属有机框架纳米片催化剂。