[发明专利]一种Fe掺杂新型二维Co-MOFs的复合材料、其制备方法及应用有效

专利信息
申请号: 202210392712.7 申请日: 2022-04-15
公开(公告)号: CN114736388B 公开(公告)日: 2023-05-12
发明(设计)人: 刘宇奇;代思玉;王新颖;李玮;金楠皓;李杨华;陈寒;赵越;刘小铭 申请(专利权)人: 昆明理工大学
主分类号: C08G83/00 分类号: C08G83/00;C25B11/095;C25B1/04
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 650093 云*** 国省代码: 云南;53
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摘要:
搜索关键词: 一种 fe 掺杂 新型 二维 co mofs 复合材料 制备 方法 应用
【说明书】:

发明提供一种Fe掺杂新型二维Co‑MOFs的复合材料、其制备方法及应用。该复合材料以新型二维Co‑MOFs晶体材料为载体,Fe元素掺杂分布在载体上,并且Fe元素掺杂在具有二维框架晶形结构的Co基金属有机框架材料后,得到的复合材料具有无定型结构,Co元素与Fe元素均匀分布于无定型结构中。该复合材料在碱性条件具有良好的电化学催化析氧性能,并且经过11小时循环后仍稳定,可以作为碱性OER电催化剂应用。

技术领域

本发明属于电化学材料技术领域,特别涉及一种Fe掺杂新型二维Co-MOFs的复合材料及其制备方法和应用,尤其作为碱性OER电催化剂的应用。

背景技术

金属有机框架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)作为独特的多孔配位聚合物,具有结构多样,高比表面积、孔表面可修饰和孔尺寸可调节等特性,是今年来发展迅速的一种晶体多孔材料。最近,金属有机骨架(MOFs)因其可调孔隙率以及金属离子与有机配体之间配位键的多样性而在能源相关应用中引起了越来越多的关注。

电化学水裂解制氢是发展可持续能源转换和储存技术的关键。然而,析氧反应(OER)动力学迟缓,严重制约了产氢效率。目前在商业用途中采用的催化剂仍仅限于Ir或Ru基材料,但这些贵金属材料具有成本高和储量小等缺点。另一方面,这些贵金属基催化剂糟糕的稳定性进一步阻碍了能量转换的效率,这些因素都限制其大规模的应用。因此十分有必要开发出具有高效、廉价和稳定的电催化剂来促进催化反应的进行。而过渡金属钴元素具有储量丰富、价格低廉、且含有多种可变价态,因此基于钴基材料的电催化剂一直受到研究者们的极大关注。再者,金属有机框架结构中丰富的活性金属位点,不仅可以作为电催化中的高活性位点,表现出高吸附亲和力和催化活性,而且可以为电解质提供容纳空间。在诸多金属骨架材料中,特别是钴基金属有机框架材料(Co-MOFs),它不仅结合了MOF材料的多孔性,而且具有金属钴的高理论催化活性和对H的低结合能,这些独特的优势使Co-MOFs及其衍生物在电催化领域得到广泛应用。

而研究也表明,通过引入其他过渡金属元素构成双金属钴基材料,能够有效提高材料的活性位点分布与电荷转移速率,表现出比单一钴基材料更优异的电催化活性。再者,协同双金属中心在理论和实验上已被证明可以在电催化过程中吸附*OH、*O和*OOH等中间体,因此具有活性双金属节点的MOFs被认为是优异的电催化剂。然而,对于块状双金属MOF,大部分金属位点深埋在材料内部,无法与电解质接触,严重影响了催化剂的催化效果。为了解决这些问题,需要精心设计的结构(例如非晶材料)来显著增强导电MOF的表面积和多孔结构,这可以最大限度地增加暴露的双金属活性中心的数量,同时促进这些活性物质与电解质接触,以实现高效的电催化。

发明内容

本发明的目的是提供一种Fe掺杂新型二维Co-MOFs的复合材料及其制备方法,其兼具优异的碱性OER电催化活性和稳定性,可作为碱性OER电催化剂而应用。

本发明所提供的技术方案为:一种Fe掺杂新型二维Co-MOFs的复合材料,所述复合材料具有无定型结构,Fe原子均匀分布于新型二维Co-MOFs晶体中;

所述新型二维Co-MOFs晶体为基于四嗪与V-型羧酸双配体的二维超分子材料,化学分子式为{[Co(bptz)2(oba)2]·2DMF}n,其中,bpdz为脱去两个质子的3,6-双(吡啶-3-基)-1,2,4,5-四嗪,oba为脱去两个质子的4,4`-二羧基二苯醚;所述{[Co(bptz)2(oba)2]·2DMF}n的晶体结构属于单斜晶型,空间群为P21/c,晶胞参数为:α=γ=90.00°,β=111.41°。

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