[发明专利]一种双配位双金属有机框架Co/Fe-I1A二维纳米片及其制备方法和应用

说明书

本申请属于电催化分解水制氧技术领域。本申请提供了一种双配位双金属有机框架Co/Fe‑I1A二维纳米片及其制备方法和应用。以钴盐和铁盐为中心金属源，有机配体同时含有咪唑环氮原子和羧基，通过溶剂热法制备得到双配位双金属有机框架Co/Fe‑I1A二维纳米片，钴离子、铁离子分别与咪唑环氮原子、羧基形成稳定的配位键，并使同种类的配位键交替分布，所形成的Co/Fe‑I1A框架中多种配位类型具有协同作用，双金属的双配位作用使得有机框架的结构更均匀、稳定，能够进一步提高材料的电催化产氧性能，在电解水产氧反应中能够产生更高的活性和稳定性。

技术领域

本申请属于电催化分解水制氧技术领域，尤其涉及一种双配位双金属有机框架Co/Fe-I1A二维纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

电解水产氧反应在水分解制氢和金属空气电池中是非常关键的一步，由于其为四电子过程导致动力学反应缓慢，达到生产要求的电流密度时需要较高的过电位。目前，贵金属催化剂(如铱碳)被认为是最高效的电解水产氧催化剂，然而贵金属的稀缺性限制其广泛应用，因此，开发廉价、高效、稳定的非贵金属催化剂具有十分重要的实际意义。

近年来，二维金属有机框架(MOFs)凭借独特的维度成为电化学设备上具有前景的候选材料。然而，目前的金属有机框架由于其配位类型单一，其催化活性和稳定性通常不能满足实际应用的需求。另外，制得的MOFs需要通过马弗炉焙烧成金属氧化物才能作为电解水产氧的催化剂，会造成催化剂团聚，活性位点减少，导致催化剂活性下降。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种双配位-双金属有机框架Co/Fe-I1A二维纳米片及其制备方法和应用，在电解水产氧反应中能够产生更高的活性和稳定性。

本申请的具体技术方案如下：

本申请提供一种双配位双金属有机框架Co/Fe-I1A二维纳米片的制备方法，包括如下步骤：

S1：将钴盐、铁盐在有机溶剂中超声混合得到溶液A；

S2：将有机配体在有机溶剂中超声混合得到悬浮液B；

S3：将溶液A与悬浮液B混合进行溶剂热反应，经过离心、洗涤、干燥，得到所述双配位双金属有机框架Co/Fe-I1A二维纳米片；

所述有机配体含有咪唑环氮原子和羧基。

本申请中，以钴盐和铁盐为中心金属源，有机配体同时含有咪唑环氮原子和羧基，通过溶剂热法制备双配位双金属有机框架Co/Fe-I1A二维纳米片，无需经过马弗炉焙烧即可直接作为电解水产氧的高效催化剂，制备方法简单且对环境友好。制得的双配位双金属有机框架Co/Fe-I1A二维纳米片中，钴离子、铁离子分别与咪唑环氮原子、羧基形成稳定的配位键，并使同种类的配位键交替分布，所形成的Co/Fe-I1A框架中多种配位类型具有协同作用，双金属的双配位作用使得有机框架的结构更均匀、稳定，能够进一步提高材料的电催化产氧性能，在电解水产氧反应中能够产生更高的活性和稳定性。

优选的，所述有机配体选自咪唑-1-乙酸、1H-咪唑-4-甲酸和4-咪唑丙烯酸中的一种或两种以上。

优选的，所述钴盐选自六水合硝酸钴、六水合氯化钴和七水合硫酸钴中的一种或两种以上；

所述铁盐选自九水合硝酸铁、六水合氯化铁和水合硫酸铁中的一种或两种以上；

所述有机溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇和无水甲醇中的一种或两种以上。

优选的，S1中所述钴盐、所述铁盐的混合物与所述有机溶剂的用量比为2mmol：(5～15)ml；

S2中所述有机配体与所述有机溶剂的用量比为5mmol：(1～10)ml。

优选的，所述钴盐与所述铁盐的摩尔比为1:(0.5～2)。更优选为1:1。