[发明专利]一种新型双MOFs电化学高效催化剂复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种新型双MOFs电化学高效催化剂材料及其制备方法。该方法包括如下步骤：(1)将泡沫镍放入盐酸溶液中以去除表面氧化层，(2)称取一定量的锰盐和配体，溶于溶剂后，将(1)中获得的泡沫镍载体浸入溶液中，溶剂热反应获得具备柱状结构的锰基金属有机框架/泡沫镍复合材料；(3)称取一定量的钴盐和配体，溶于溶剂后，将(2)中获得的锰基金属有机框架/泡沫镍复合材料浸入到上述配体溶液中，磁力搅拌24小时，获得钴基金属有机框架/锰基金属有机框架/泡沫镍新型双功能电化学催化剂。上述催化剂在10mA/cm²时，HER启动过电位为‑1.07V，OER启动过电位为0.59V，具有“大电流”效应，且在高电流密度下24小时后仍然具有很好的稳定性。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体地，涉及一种新型双MOFs电化学高效催化剂复合材料及其制备方法。

背景技术

早在20世纪90年代中期，以锌为阳离子中心的第一类MOFs就被合成出来，但其孔隙率和化学稳定性都不高。因此，科学家开始研究新型的阳离子、阴离子以及中性的配位体形成的配位聚合物MOF材料。目前，已经有大量的金属有机骨架材料被合成，主要是以含羧基有机阴离子配体为主，或与含氮杂环有机中性配体共同使用的MOF材料。这些金属有机骨架材料中多数都具有高的孔隙率和好的化学稳定性。近年来，因金属有机框架（MOF）及其衍生物纳米材料具有孔隙率高、比表面积大、周期结构规整、金属中心和配体多样性、可调节功能化等特点，其在催化、储能和转化等领域引起了科学工作者们极大的研究兴趣。

现如今，制备MOF材料的方法有很多，主要有：

（1） 溶剂法：是在水或有机溶剂存在下，使用带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜或玻璃试管加热原料混合物，在自身压力下反应得到高质量的单晶；

（2） 液相扩散法：按一定比例将金属盐、有机配体、合适的溶剂混合后，放入玻璃小瓶中，再将小瓶放入大瓶中，把质子化溶剂也放入大瓶中，之后将瓶盖封住、静置，经过一段时间，MOFs晶体生成；

（3） 其他方法:近几年又出现了许多新的制法，其中有溶胶-凝胶法、搅拌合成法、固相合成法、微波、超声波、离子热等方法。

虽然MOFs（metal−organic frameworks，金属有机框架）材料在高容量超级电容器领域中有着广泛的应用前景，然而大部分MOFs材料的导电性都比较差，这严重影响了储能器件的性能，由此，近年来导电MOFs应运而生，它由配位聚合物与强金属配位基轨道杂化形成的半导体和导体组成。目前发展起来的2D和3D的MOFs与1D的相比，拥有更多的孔隙，更大的表面积，更多的氧化还原活性位点。但是，该框架材料的本征能量密度太低，限制了其氧化还原活性位点的理论能量密度提升，从而降低了其体积容量和质量容量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷，本发明提供了一种新型高效的双MOFs电化学催化剂复合材料及其制备方法，本方法充分结合水热法制备MOF电化学催化剂复合材料的特点，针对性地对该复合材料的制备工艺进行了全新设计，并对制备过程中的关键工艺参数、原料种类进行选择和优化，相应制备得到了一种导电性好、稳定性优良、强度高等综合性能优异的新型双MOFs电化学高效催化剂复合材料，即：钴基金属有机框架/锰基金属有机框架/泡沫镍新型MOFs材料。它是一种优化的3D-MOF材料，该材料被证明是一种可用于大规模电解制氢的优异的电催化材料。本发明的设计概念可以很容易地扩展到其他电催化应用，包括电催化还原CO2，氧还原反应和析氢或者析氧反应，扩宽了电化学催化剂复合材料的应用前景。

本发明的技术方案是这样实现的：