[发明专利]MOF衍生的氮钴异质纳米盒电催化剂、制备方法及应用

说明书

本发明公开了MOF衍生的氮钴异质纳米盒电催化剂、制备方法及应用，该催化剂制备的方法步骤如下：S1：ZIF‑67模板的制备；S2：将S1中ZIF‑67模板溶于无水甲醇，超声搅拌溶解，记为溶液A；S3：将1H‑1,2,3‑三氮唑溶解于无水甲醇溶液，记为溶液B；S4：将S3中的溶液B加入S2中的溶液A中，搅拌后静置，进行取代反应；S5：对S4中反应后的产物进行离心、干燥、氮气保护下进行碳化，得MOF衍生的氮钴异质纳米盒电催化剂。本发明通过高能含氮配体1H‑1,2,3‑三氮唑配体对咪唑沸石骨架ZIF‑67中2‑甲基咪唑进行部分取代，提供丰富氮源并对钴原子配位环境进行局部约束，使得制备的电催化剂在1mol/LKOH水溶液的碱性条件下具有较低的析氢过电位。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及MOF衍生的氮钴异质纳米盒电催化剂、制备方法及应用。

背景技术

随着人类社会迅速发展，石油、天然气、煤炭等化石燃料被大量消耗用来进行产业升级，导致空气环境变差、能源资源枯竭日益严重。因此，对清洁能源的需求与日俱增，寻找可替代的清洁能源迫在眉睫。为了保护环境并减少人类对化石燃料的使用，研究人员将精力主要集中在探索和开发更具可持续性和可再生性的技术上，以此来收集、转换和储存能源。目前，人类在风能、太阳能、水电、潮汐能等新能源领域的研究取得了长足的进步。尤其是电化学产氢技术近年来一直保持着较高的增长速度，被认为是一种清洁、可持续的绿色能源利用方式，其中氢气作为能量转换和储存介质备受关注。因此，在该背景下，设计和开发低成本、可回收、环境友好、稳定性优良、电催化析氢过电位低的非贵金属催化剂成为目前的一个热点研究课题。

传统的贵金属析氢反应电催化剂，如含铂、钌催化剂等，虽然析氢反应所需过电位低，但其催化活性单一，稳定性差，并不适合长时间使用。且制备过程复杂，有的制备条件需要高温高压环境，对能源消耗比较大。另一方面贵金属电催化剂在使用过程中易中毒，这导致金属位点利用效率低，影响催化剂的催化性能，从而使贵金属消耗量变高。开发一种非贵金属、催化稳定性好的电催化剂是本领域亟需解决的技术问题，因此，本发明很好的克服了能源消耗，使用非贵金属钴作为金属源，且合成的电催化剂在电催化分解水析氢反应过程中稳定性良好，具有潜在的实际应用前景。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了MOF衍生的氮钴异质纳米盒电催化剂、制备方法及应用，通过高能含氮配体1H-1,2,3-三氮唑配体对咪唑沸石骨架ZIF-67中2-甲基咪唑进行部分取代，提供丰富氮源并对钴原子配位环境进行局部约束，使得制备的电催化剂具有较低的析氢过电位。

本发明提出的MOF衍生的氮钴异质纳米盒电催化剂，该催化剂由沸石咪唑框架通过配体部分取代，并热解转化为多Co/CoN异质催化中心的富氮钴异质纳米立方体多孔复合材料。

本发明提出的上述MOF衍生的氮钴异质纳米盒电催化剂的制备方法，方法步骤如下：

S1：ZIF-67模板的制备；

S2：将1H-1,2,3-三氮唑的甲醇溶液与S1的ZIF-67模板的甲醇溶液混合反应；

S3：反应后对产物进行离心和干燥，并在氮气保护下进行碳化，得MOF衍生的氮钴异质纳米盒电催化剂。

优选地，所述ZIF-67模板制备的方法步骤如下：

S11：将2-甲基咪唑溶于去离子水；

S12：将六水合硝酸钴和十六烷基溴化铵溶解于去离子水中，再将其加入S11的溶液中进行反应，反应后经离心、洗涤和干燥，得ZIF-67模板。

优选地，2-甲基咪唑、六水合硝酸钴与十六烷基溴化铵的质量比为1:0.06-0.08:0.001-0.0015。

优选地，S12中反应条件为：反应温度20-25℃，先搅拌20-40min，再静置1-2h。