[发明专利]一种基于镍基三维金属有机框架物催化剂制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于镍基三维金属有机框架物催化剂的制备方法以及基于该催化剂电解水析氧的应用，属于纳米材料、纳米催化、金属有机框架物材料技术领域。其主要步骤是将泡沫镍电沉积聚苯胺，制得Ni@PANI复合材料；将配体H₃TATAB与硝酸钴制得的凝胶涂覆在Ni@PANI复合材料上，于空气氛中加热，制得Ni@Co₂O₃/CN复合催化剂，即基于镍基三维金属有机框架物催化剂。该催化剂制备所用原料成本低，制备工艺简单，反应能耗低，具有工业应用前景。该催化剂用于高效催化电解水析氧，具有良好的析氧电催化活性与电化学稳定性。

技术领域

本发明涉及一种基于镍基三维金属有机框架物催化剂的制备方法以及基于该催化剂电解水析氧的应用，属于纳米材料、纳米催化、金属有机框架物材料技术领域。

背景技术

随着社会经济的高速发展和世界人口的不断增长，化石燃料燃烧引发的空气污染和全球气候变化成为日趋关注的问题，燃料电池、金属-空气蓄电池、电解水等有效的电化学能源转化和存储技术越来越具有重大意义。为应对新生能源消费以及现有人口生活质量提高的要求，世界各国均亟待寻找到可持续使用的清洁能源载体。电催化直接分解水制备氢气被认为实现该过程有效的方式。电催化分解水反应包括析氢(hydrogen evolutionreaction，HER)和析氧(oxygen evolution reaction，OER)两个半反应，在这些基于能源的应用中,电化学析氧反应(OER)是很重要的过程。析氧反应(OER)是很多能源储存和转换领域的关键环节，如水的裂解析氧，再生燃料电池，可充电的金属气质电池。由于固有的高能垒，析氧反应需要耐酸或耐碱的高效电催化剂，同时也是金属-空气电池和水解装置的核心过程，反应动力学缓慢，因此开发高效的OER电催化剂成为了该领域的研究热点。然而来自电阻、反应以及传输三个方面系统本征的能量损耗以及现有催化剂的价格、活性和稳定性方面的因素，都极大地限制了其推广和广泛应用。因此寻找廉价易得且性能稳定的新型析氧电催化剂，对长远发展氢能、减小环境污染乃至缓解世界范围内的能源问题，具有广泛且重要的现实意义。

在很多已探索的体系中，二氧化铱(IrO₂)和二氧化钌(RuO₂)被认为最有效。然而，他们稀缺和昂贵的价格，限制了其广泛实际的应用，为此，开发高效、价廉且地球含量丰富的非贵金属析氧催化剂，降低析氧电消耗成为一个机遇和挑战。

价廉的铁、钴、镍催化剂是已报道实现高活性析氧有前景的催化剂。此外，泡沫镍或碳布等基材负载杂原子掺杂的复合材料也是析氧催化剂的创新性选择。除了材料组成之外，催化剂的活性和其形态密切相关。为此，研究开发具有资源丰富的新组成和新形态催化剂，对实现高活性析氧具有重要的意义。