[发明专利]一种Co-Zn双金属有机骨架电催化析氧材料及其制法

说明书

本发明涉及电催化析氧材料技术领域，且公开了一种Co‑Zn双金属有机骨架电催化析氧材料及其制法，包括以下配方原料：六水合硝酸钴、七水硫酸锌、有机配体、稳定剂、羟基化碳纳米管、硅烷偶联剂。该一种Co‑Zn双金属有机骨架电催化析氧材料，Co²⁺和Zn²⁺与有机配体的‑COO^‑络合形成桥联形成二维八元环状立体结构，并且配合物之间通过Cu²⁺与Zn²⁺之间的金属键相互作用力和甲酸根离子中羰基的π‑π作用力，使金属有机骨具有巨大的比表面积和更高的孔隙率，促进了催化剂活性组分的分散，为电催化析氧反应提供更多的活性位点，Zn²⁺活性位点有利于加速H₂O的解析反应，Co²⁺可以催化吸附在电极上的氧原子转化为O₂，两者的协同作用大幅降低了析氧反应的过电压。

技术领域

本发明涉电催化析氧材料技术领域，具体为一种Co-Zn双金属有机骨架电催化析氧材料及其制法。

背景技术

目前，随着持续消耗化石燃料，能源危机和环境污染等问题日趋严重，可再生能源是指太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、氢能等非化石能源，是一种取之不尽，用之不竭的清洁能源，对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用，可再生清洁能源来取代传统的化石燃料已成为主流趋势，电催化分解水制备氢气技术和燃料电池析氢装置极具应用前景，其中析氧反应这些技术的核心反应之一，但是析氧反应过电压很高，化学动力学慢，导致电解水析氢效率很低，目前主要通过设计催化剂降低析氧反应的过电压，促进析氧反应的正向反应速率，从而提高电化学析氢效率。

目前的电催化析氧材料主要有贵金属及其氧化物如Pt、IrO₂、RuO₂等，但是这些材料价格昂贵，含量稀少，获取困难使开发成本很高，过渡金属氧化物、氮化物和硒化物等是潜在的析氧反应金属催化剂，但是这些材料在电解反应过程中很容易团聚，形成大分子复合物，降低了其催化性能。

金属有机骨架MOFs材料还有金属离子和有机配体通过自组装过程生成的具有周期性多维网状结构的多孔晶体材料，具有纳米级的骨架型规整的孔道结构、巨大的比表面积和孔隙率，在吸附，催化等方面均表现出优异的性能，已经成为新型材料领域的研究热点，在电催化析氢，析氧催化剂也有着巨大潜力的应用，但是目前金属有机骨架MOFs催化材料如IRMOFs锌基材料，MIFs Fe、Al基材料的基体结构形貌不规整，结晶度较低，导致材料的催化活性位点分布不均匀，与电解质接触不充分，降低了材料的催化性能，同时这些材料在电解过程中的电荷转移电阻较大，氧原子的结合能较高，降低了电解催化活性，

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种Co-Zn双金属有机骨架电催化析氧材料及其制法，既解决了金属及其氧化物如Pt、IrO₂、RuO₂材料价格昂贵，含量稀少，获取困难使，而过渡金属氧化物、氮化物和硒化物等金属催化剂，在电解反应过程中很容易团聚，形成大分子复合物，降低了其催化性能的问题，又解决了现有的金属有机骨架MOFs催化材料基体结构形貌不规整，结晶度较低，导致材料的催化活性位点分布不均匀，与电解质接触不充分，同时这些材料在电解过程中的电荷转移电阻较大，氧原子的结合能较高，降低了材料的电解催化活性的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种Co-Zn双金属有机骨架电催化析氧材料及其制法，包括以下重量份数配比的配方原料：32-50份六水合硝酸钴、14-20份七水硫酸锌、25-30份有机配体、5-8份稳定剂、6-10份羟基化碳纳米管、0.05-0.1份硅烷偶联剂，制法包括以及以下实验药品：蒸馏水、N,N-二甲基甲酰胺，无水乙醇。