[发明专利]模板法制备Co(OH)2@Co-BDC复合电极

说明书

模板法制备Co(OH)₂@Co‑BDC复合电极，属于能源转换和储能的技术领域。通过简单的水热反应在镍片基底上均匀生长Co(OH)₂，进而在其阵列结构上表面原位生长对应金属离子的MOF，制得Co(OH)₂@Co‑BDC复合材料得到了一种阵列上穿插纳米片的结构。Co(OH)₂@Co‑BDC复合电极材料与单一Co(OH)₂相比具有较低的析氧电位，且相同电势下对应的电流密度较大，可应用在电催化分解水和电池储能等新能源转换领域。

技术领域

本发明属于电化学转换和储能的技术领域，技术涉及氢氧化物与金属有机框架(MOFs)复合材料的制备方法，特别是基于镍片基底表面的钴基氢氧化物纳米阵列修饰生长Co-BDC构筑的Co(OH)₂@Co-BDC复合电极。

背景技术

随着全球能源需求的不断增加和环境问题的恶化，发展清洁，绿色和可持续的能源资源作为传统化石燃料的替代品至关重要。

为了解决能源短缺和环境污染问题，人们致力于开发高效，低成本，环保的替代能源转移和储存系统。电催化剂对可再生能源技术的发展起着至关重要的作用，例如可充电金属-空气电池和燃料电池。因此，采用高活性和耐用的电催化剂来加速析氧反应对商业燃料电池和可充电金属-空气电池应用具有实际意义。水分解过程包含OER和HER，由于复杂的四电子过程，OER比HER更苛刻，这极大地限制了整个反应的效率和动力学。为了满足应用的要求，长期需要开发廉价，无毒和有效的催化剂以刺激水分解的缓慢动力学，探索和开发催化活性高以及稳定性良好的新型电催化剂成为人们研究的热点。

金属有机框架是由金属或金属簇状结构与多齿有机配体相互连接而构成的一类多孔材料。由于其具有超高比表面积和高孔隙率、可调的孔尺寸以及可功能化的框架结构，因此逐渐被用于电化学储能领域，例如锂-空电池、燃料电池及太阳能电池等。为了开发新型MOF电极材料，我们将注意力集中在基于1,4-苯二甲酸酯的MOF上，因为具有羧酸盐官能团作为成核位点的对苯二甲酸(H₂BDC)构建了许多MOF结构，可以作为持续发展提供富裕的候选物。此外，H₂BDC可从聚对苯二甲酸乙二醇酯的再循环和芳烃氧化的代谢物中大量获得，满足未来大规模生产的要求。但是由于单一MOFs自身导电性较差和有效活性位点较少，导致其电化学性能较弱。因此构筑MOFs复合物改善其导电性和稳定性的问题可以有效提高电流密度和转化效率。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种在镍片基底生长Co(OH)₂@MOF的复合结构，得到了在已有阵列结构上原位穿插MOF纳米片的复合结构。

本发明的Co(OH)₂@Co-BDC复合结构，通过水热反应在镍片基底上垂直均匀生长Co(OH)₂片状结构阵列，进而在Co(OH)₂片状结构表面原位生长Co-BDC，Co-BDC穿过或搭在多个Co(OH)₂片状结构之间，构筑得到Co(OH)₂@Co-BDC复合结构。

Co(OH)₂@Co-BDC复合结构的制备方法，其特征在于，主要分为两步，第一步是在镍片基底上通过水热反应生长Co(OH)₂阵列；第二步是在阵列表面进一步生长对应金属离子的MOF，最终得到Co(OH)₂@Co-BDC复合电结构。

本发明上述复合材料的合成方法，具体包括以下步骤：