[发明专利]一种三维多孔碳包覆Co-MOF催化剂材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种三维多孔碳包覆Co‑MOF催化剂材料的制备方法，包括以下步骤：(1)、取钴酸盐与类沸石咪唑骨架材料分别溶于等量水中，搅拌条件下，将类沸石咪唑骨架材料溶液倒入钴酸盐溶液中，即得到ZIF‑67溶液；(2)、将高吸水性树脂颗粒加入到ZIF‑67溶液中，室温下震荡，得到前驱体水凝胶；(3)、将步骤(2)所得前驱体水凝胶置于冰箱中，冷冻成冰，干燥，得到紫色前驱体，再于惰性气体保护下煅烧，水洗，真空干燥，即得到目的产物。与现有技术相比，本发明采用废弃尿不湿中的高吸水性树脂颗粒形成水溶胶，反应条件温和，极大降低能源消耗，催化性也有所提高。

技术领域

本发明属于催化剂材料制备技术领域，涉及一种三维多孔碳包覆Co-MOF催化剂材料的制备方法。

背景技术

金属有机框架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)是由金属节点和有机配体构建的一种新型多孔杂化材料，是近几十年来研究发展较快的多孔晶体结构的一类沸石材料。比之传统的无机多孔材料，MOFs具有更高的比表面积、更大孔隙体积和可调节表面及孔径的特性。由于其显著的性质，MOFs材料在气体存储、催化反应、药物运输、生物传感器等方面都极具潜力，因此MOFs材料越来越受到研究团队的关注，以及相关领域的重视。

碳化的MOF衍生物材料是基于MOFs的丰富且有序的多孔结构的特点用作模板或前驱体，添加碳源或直接给予适当的热解条件下得到的多孔碳材料。对比MOFs，其得到的纳米结构的金属碳材料具有大孔率和高吸附性，在催化领域有更好的应用前景。中国专利CN201810250142.1公开了一种多孔碳包覆纳米金属钴复合催化剂及其制备方法和应用，具体步骤包括：(1)金属钴盐和有机配体对苯二甲酸按比例溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，高温自组装合成Co-MOF前驱体；(2)制备的Co-MOF在惰性氛围下高温热解得到多孔碳包覆纳米金属钴催化剂。但是该专利采用Co-MOF中的碳作为碳源，在一定程度上破坏了Co-MOF的形态完整性，进而影响整个催化剂的催化性能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种三维多孔碳包覆Co-MOF催化剂材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种三维多孔碳包覆Co-MOF催化剂材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)、取钴酸盐与类沸石咪唑骨架材料分别溶于等量水中，搅拌条件下，将类沸石咪唑骨架材料溶液倒入钴酸盐溶液中，即得到ZIF-67溶液；

(2)、将高吸水性树脂颗粒加入到ZIF-67溶液中，室温下震荡，得到前驱体水凝胶；

(3)、将步骤(2)所得前驱体水凝胶置于冰箱中，冷冻成冰，干燥，得到紫色前驱体，再于惰性气体保护下煅烧，水洗，真空干燥，即得到目的产物。

进一步的，所述的钴酸盐为乙酸钴、硝酸钴或硫酸钴；

所述的类沸石咪唑骨架材料为咪唑或咪唑衍生物；咪唑衍生物是咪唑通过烷基取代反应、氰乙化反应、季胺化反应、卤代反应、羟甲基化反应和盐化作用等生成衍生物，其分类一般与反应名称对应，如：烷基化的咪唑衍生物，此类别下的衍生物有二甲基咪唑(2MI)、二乙基四甲基咪唑(2E4MI)及二苯基咪唑(2PI)等；氰乙基咪唑(简写为CN)，即为咪唑氰乙化作用后的产物。

进一步的，步骤(1)制备溶液时，钴酸盐、类沸石咪唑骨架材料与水的加入量之比为1mmol：4mmol：280mmol。

进一步的，所述的高吸水性树脂颗粒为从尿不湿中获取的聚丙烯酸钠颗粒，其量为每1ml ZIF-67溶液加入50mg聚丙烯酸钠颗粒。

进一步的，步骤(2)中震荡的条件为：在180r/min下震荡8h。

进一步的，煅烧过程具体为：在惰性气体保护下，以2℃/min的速率升温至700～900℃进行煅烧3～5h。