[发明专利]一种三维多酸基镍金属-有机晶态催化材料及其制备方法

说明书

发明的目的是提供了一种低成本、稳定性好的催化电解水析氢材料，为解决电解水析氢催化剂价格昂贵的现象做出贡献。本发明是利用一步水热合成法，设计了一种三维多酸基镍金属‑有机晶态催化材料，其分子式为H₅[PW₁₂O₄₀]₃[Ni₂(OH)₃]₄[C₂N₄H₄]₁₂^.12H₂O，其中C₂N₄H₄为4‑氨基‑4H‑1,2,4‑三氮唑。晶系为立方晶系，空间群为，晶胞参数为α=90，β=90，γ=90；a=25.3919(4)Å，b=25.3919(4)Å，c=25.3919(4)Å，Z=4。制备方法为，将磷钨酸(H₃PO₄^.12WO₃^.xH₂O)，金属镍盐以及4‑氨基‑4H‑1,2,4‑三氮唑溶解在去离子水中，搅拌，用NaOH溶液与HCl溶液调节pH为3.2‑4.8，再将反应液置于聚四氟乙烯反应釜中，放置在温度为160℃的烘箱中反应4天。再降至室温。本发明可获得一种三维多酸基镍金属‑有机晶态催化材料。

技术领域

本发明涉及一种三维多酸基镍金属-有机晶态催化材料及其制备方法。

背景技术

多酸，即多金属氧酸盐(polyoxometalates，POMs)是一类无机多金属氧簇化合物，是由前过渡金属离子(例如：V、Mo、W等)通过与氧原子连接而形成的金属-氧簇类化合物，按照元素组成可划分为同多酸和杂多酸(中心杂原子有P、 B、Al、Co等)，基于其结构具有均一的纳米尺寸、组成结构可调性以及独特的理化性质，在吸附、催化、生物、光电等研究领域有着广泛的应用。

多酸在经历了两个多世纪的发展后，尤其在近十年来，多种分析手法和表征手段的发明，使多酸的各个基础研究领域均已得到了充分的挖掘。在催化领域，发展最为成功的是光催化和电催化。但是，作为催化剂，多酸虽有其独特的氧化还原性能，却也面临着不可避免的缺点：比表面积小、不可回收等。基于此种情况，本实验设计合成了一种具有三维结构的多酸基镍金属晶态析氢材料，该材料不仅可提高多酸催化剂的比表面积；同时，孔道结构的存在可促进并选择性使反应物分子接近活性的多酸催化物种；更重要的是使多酸在分子水平上单分散，实现非均相催化剂的均相催化反应。

早在很多年前，多氮唑类化合物由于其可以在金属表面形成金属氮唑配位聚合物而被广泛用做金属表面的保护层。氮唑的氮原子均是采用sp²杂化模式，这样就使得氮唑类化合物可以在一定的条件下脱去质子形成相应的氮唑阴离子。由于氮原子是吸电子基团，因此，氮唑上面所含有的氮原子越多，则它的酸性越强，表面它越容易去质子化。去质子化不仅可以使得所有的氮原子都可以参与配位，而且，还可以使得氮原子的碱性增强。使得金属氮唑类骨架拥有非常高的热稳定性和化学稳定性。同时，由于氮唑类化合物空间位阻小，配位点多，配位方式灵活多变，容易形成多种多样的高维数的配位结构。