[发明专利]一种二维层状钴基金属有机骨架 (Co-MOF) 电极材料制备及析氧性能研究

说明书

本发明属于新型能源技术领域，尤其涉及一种水氧化性能显著提高的二维层状Co‑MOF电极材料的制备及析氧性能研究。本发明通过简单的、温和的水热法制备二维层状Co‑MOF电极材料，然后将所制备的电极材料用于电解水的氧化性能研究，包括以下步骤：二维层状Co‑MOF电极材料的水热法制备；所制备的电极材料的析氧性能研究。本发明的有益效果为：二维层状Co‑MOF电极材料具有较好的稳定性，拥有良好的析氧反应性能，在新型能源技术领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于新型能源技术领域，尤其涉及一种水氧化性能显著提高的二维层状Co-MOF电极材料的制备及析氧性能研究。

背景技术

随着科学技术的发展，人们对能源需求的不断增长，迫使人们寻找到一种清洁高效且可再生的新一代能源转换和存储系统。最近，科学家对于日常生活中随处可见的水有了新的研究进展。目前已探索出多种高效快捷的制氢方法，如光解水、发电供水电解、核能裂解、蒸汽重整等。这些研究的核心进程就是析氧反应(OER)，这种反应常在相与相（固体，液体，气体）之间的界面上发生。因此，为了促进析氧反应的进行从而提高析氧反应的活性，并提高能量效率，研发一种拥有着较高催化电解水反应性能的电极材料成为当务之急。

目前，拥有多孔性的金属有机骨架（MOF）作为配合物制备电极材料成为研究热门，这种材料比表面积较大、结构均匀而且组成结构可以调节，这是由其可变金属中心及有机配体导致。对于MOF材料金属中心的选择，元素周期表中的几乎所有金属都可以被覆盖，但应用较多的是Co、Cu等。金属离子在整个金属有机骨架前驱体材料中起到了催化活性中心的作用，而绝大部分的有机配体在整个MOF材料中起到微孔道骨架的作用。有机配体的金属离子具有许多活性中心，在反应和相互作用时，可以促进多渠道的传播和扩散。同时，MOF的骨架上拥有冗杂的活性位点结构，这将为合成优异性能的电催化剂材料提供合适地点。

发明内容

本发明基于上述原因，提供了一种简单的、温和的二维层状Co-MOF电材料制备方法，然后将所制备的电极材料用于电解水的氧化性能研究。本发明涉及的二维层状Co-MOF电极材料的制备具体步骤如下：

（1）准确量取128mL DMF（N,N-二甲基甲酰胺）、8mL乙醇、8mL去离子水于250mL烧杯中，用一次性塑料薄膜与橡皮筋封口防止DMF与乙醇挥发。混合均匀后称取0.4984 g （3mmol）的对苯二甲酸（H2BDC），然后置于超声条件（40KHz）下再加入0.7472g（3mmol）的四水合乙酸钴（C4H6CoO4•4H2O），转移至水热釜中；

（2）将水热釜放置于烘箱中进行反应，将反应结束并冷却至室温的水热釜取出，倒出其中已生成的金属有机骨架，冷却并进行离心处理2到3次，再用蒸馏水与玻璃棒将离心管中的剩余固体挂到表面皿中并放入60℃恒温烘箱内干燥以去除其中水分。待产物完全干燥后取出培养皿，研磨均匀，标记为Co-MOF。

进一步地，步骤（1）中DMF、乙醇、去离子水的体积比为16：1：1；有机配体对苯二甲酸和四水合乙酸钴的摩尔比为1：1。

进一步地，步骤（2）中溶液的水热反应温度为140℃；反应时间12、24、48小时。

进一步地，步骤（2）中水热反应釜冷却至室温的时间为8~10小时。

进一步地，步骤（2）中60 ℃恒温烘箱内干燥时间为4~6小时。

本发明的有益效果为：

用本发明制备的二维层状Co-MOF电极材料具有较好的稳定性，拥有良好的析氧反应性能，在新型能源技术领域具有广阔的应用前景。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为实施例1中二维层状Co-MOF电极材料XRD图