[发明专利]一种镍配位聚合物和镍配位聚合物碳糊复合电极及其在电催化析氢中的应用

说明书

本发明公开一种镍配位聚合物和镍配位聚合物碳糊复合电极及其在电催化析氢中的应用，首先采用溶剂热法合成了一种新的镍配位聚合物，并通过单晶X射线衍射、元素分析、红外和紫外可见光谱对其进行了结构表征；镍配位聚合物的结构是对苯二甲酸阴离子桥连中心离子镍形成一维链，再通过双苯并咪唑配体L的连接得到二维层状结构。其次制备了镍配位聚合物碳糊复合电极（NiCP‑CPE），其表现出良好的催化析氢活性，其中298K时的ηsubgt;10/subgt;过电位正移了418 mV，塔菲尔斜率为101 mV·decsupgt;−1/supgt;。该结果为配位聚合物电催化材料的开发提供了有价值的参考。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，涉及一种析氢反应电催化材料，具体涉及一种镍配位聚合物和镍配位聚合物碳糊复合电极。

背景技术

随着石油、化石、煤炭等常用能源产生的废气不断侵蚀和破坏人类赖以生存的环境，开发绿色、可持续的能源来替代这些不可再生的能源至关重要。氢气作为具有极高的能量密度和无碳的特性的能源载体，被认为是化石燃料的可能替代品。在这种背景下，电催化析氢反应（HER）是一种可行且有效的制氢方法。虽然铂和铂基电催化剂已被证明具有高效的催化水分解活性，尤其是在半反应性的析氢反应（HER）中。然而，铂金属的低丰度和高价格严重阻碍了其在商业活动中的广泛应用。近年来的研究表明，具有一半或未完全占据d轨道的廉价过渡金属，如Mn、Fe、Co、Ni、Cu，也表现出一定电化学活性。因此，目前研究人员正专注于设计和合成低成本、高活性的金属基电催化材料。

配位聚合物由于具有高结晶度、长程有序、催化活性位点分布均匀和高效传质等特点，被广泛应用于催化、储气、荧光、电化学等领域。近期一些配位聚合物被报道在电催化析氢反应中表现出活性（Chen K., Downes C. A., Schneider E., Goodpaster J.D.,Marinescu S.C. ACS Appl.Mater. Interfaces 2021, 13, 16384–16395.）。然而与氢氧化物和氧化物等主流材料相比，相关的研究仍然较少，因此构建适用于HER的配位聚合物仍有很好的前景。此外，配位聚合物还可以用作前驱体或模板来制备具有不同电子和表面结构的纳米和微米材料，因为有机配体通常富含各种杂原子，如N、P、S和O。然而目前研究主要集中在ZIF 8和ZIF67等常见配位聚合物的改性（Fiaz M., Kashif M., Majeed S., AshiqM. N., Farid M. A., Athar M. ChemistrySelect 2019, 4, 6996–7002、Zhao L.,YangA., Wang A., Yu H., Dai J., Zheng Y. Int. J. Hydrog. Energy 2020, 45,30367–30374.），这些有限的选择限制了高效电催化剂的发展。

发明内容

本发明目的在于公开一种镍配位聚合物和镍配位聚合物碳糊复合电极，以扩大镍配位聚合物在电化学领域的应用，为析氢反应提供一种低成本、高活性的金属配合物基电催化材料。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种镍配位聚合物的溶剂热合成方法，以有机配体双[1-(吡啶-2-基甲基)-苯并咪唑-2-基甲基]醚为主配体，对苯二甲酸为辅助配体，与硝酸镍反应，得到镍配位聚合物；所述镍配位聚合物的聚合单元为[NiL(terephthalate)(H₂O)₂]·2H₂O，式中：L为双[1-(吡啶-2-甲基)-苯并咪唑-2-甲基]醚，terephthalate为对苯二甲酸根。