[发明专利]一种复合型高效析氧催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高效析氧性能的金属有机骨架材料/硫化镍复合型催化剂的制备方法。该方法以简便的水热方法在泡沫镍上生长Ni(OH)₂纳米片阵列，随后采用水热硫化的方法转变为Ni₃S₂纳米片阵列。最后采用自组装的方法，在Ni₃S₂纳米片上生长MIL‑53(Fe)纳米颗粒，制备出金属有机骨架材料/硫化镍复合型催化剂。该复合材料具有优异的碱性析氧性能，同时具有优异的催化稳定性。整个反应过程简单，生成成本较低，易于大规模生产。

技术领域

本发明属于析氧催化剂技术领域，涉及金属有机骨架材料/硫化镍复合型催化剂的制备方法。

背景技术

随着能源危机和环境问题日益严重，开发出可再生的新能源已经成为世界范围内关注的重大课题。在这些新能源中，氢气有望成为替代化石燃料的理想能源载体。而利用电解方法制备氢气是生产高纯度氢气的重要方法。在电解水反应中，关键反应就是析氧反应。由于析氧反应是涉及多电子转移的反应，具有较慢的动力学过程，极大限制了电解水的效率，增加了能耗。目前，常用非贵金属催化剂，如碳化物，磷化物，硫化物，硒化物等用于电解水。但是报道的这些催化剂的过电势仍然过高，难以满足实际工业电解水的要求。因此，开发出具有高效析氧反应的催化剂具有重要的现实意义。

金属有机骨架材料作为一种新型的有机-无机杂化材料，由于其比表面较大，孔洞大小可调，结构多变，具有较多的催化位点，在催化、吸附、传感等领域受到广泛重视。虽然已有文献报道直接利用金属有机骨架材料作为析氧催化剂，但是其催化活性仍有进一步提高的必要(Angew.Chem.Int.Ed.2019,58,1-7)。同时，采用水热方法制备的硫化镍的析氧催化活性较低，也有待进一步提高(J.Mater.Chem.A,2018,6,6938-6946)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属有机骨架材料/硫化镍复合型催化剂的制备方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

具有高效析氧性能的金属有机骨架材料/硫化镍复合型催化剂的制备方法，以简便的水热方法在泡沫镍上生长纳米片阵列Ni(OH)₂，随后采用水热硫化的方法转变为Ni₃S₂纳米片阵列。最后采用自组装的方法，在Ni₃S₂纳米片上生长MIL-53(Fe)，制备出金属有机骨架材料/硫化镍复合型催化剂。具体步骤如下：

将泡沫镍加入到含有一定浓度的硝酸镍、氟化铵和尿素混合水溶液中，在100-120℃下反应一段时间，反应结束后，水洗，干燥。随后将上述生长有催化剂的泡沫镍加入到一定浓度的硫化钠水溶液中，100-130℃下，反应一段时间，水洗，干燥。最后将处理后的上述泡沫镍浸入一定浓度的硫酸亚铁和对苯二甲酸的氮氮二甲基甲酰胺溶液中，120-150℃下，反应一段时间。反应结束后，乙醇洗涤，水洗，干燥，获得复合型催化剂。

优选地，所述的氟化铵的浓度0.1～0.3mol/L。

优选地，所述的尿素的浓度0.2～0.6mol/L。

优选地，所述的硝酸镍的浓度为20～30mmol/L。

优选地，所述的加入硫化钠后，水热反应的时间为12～16小时。

优选地，所述的加入硫化钠后，水热反应的温度为100-130℃。

优选地，所述的硫化钠的浓度为0.1～0.3mol/L。

优选地，所述的硫酸亚铁的浓度为10～40mmol/L。

优选地，所述的对苯二甲酸的浓度为5～20mmol/L。

优选地，所述的泡沫镍加入到氮氮二甲基甲酰胺溶液中，水热反应的温度为120-170℃。