[发明专利]一种用于氧还原反应的沸石咪唑基金属有机框架纳米片的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于氧还原反应的沸石咪唑基金属有机框架纳米片的制备方法。主要适用于作为前驱体制备得到Fe等非贵金属基电催化氧还原催化剂的制备。本发明主要为了解决现有沸石咪唑基金属有机框架表面微孔构造不利于电催化反应过程中电子和离子的转移，活性位点少的问题。通过简单的实验操作制备得到了沸石咪唑基金属有机框架纳米片，其拥有更大的比表面积，更大的活性位点密度，更易于离子和电子的传输。本发明应用范围广、成本低廉、操作简单、环境友好，整个操作过程中不需要特殊的设备，易于工业化生产。通过本发明所得到的催化剂具有稳定性好、活性位点多、催化性能高等优点。本发明提供了一种非常具有工业化前景的氧还原反应催化剂的制备方法。

技术领域

本发明具体涉及多孔配位聚合物，沸石咪唑酯骨架结构材料，金属有机框架纳米材料的改性，属于纳米材料的制备技术与电催化能源材料应用领域。

背景技术

现如今，化石能源日趋枯竭，新能源技术的推广普及有助于从源头上解决三大化石燃料(煤、石油、天然气)大量使用带来的环境污染和温室效应问题。近年来，为了解决这一严峻的问题，全世界各个国家投入了大量资金来研究和开发可持续新能源技术，主要包括氢氧燃料电池技术、全电解水技术和金属空气电池技术等。上述新能源技术涉及各类电化学反应，其中，氧还原反应是这些新技术得以实现的非常关键的一个反应。在过去几年里，虽然科研人员在探索开发低成本且高活性电催化剂领域取得了一定的进展，但贵金属催化剂如Pt和Ir等依然被认为是各种电催化反应中最好的催化剂。但是贵金属总量稀少和较高的成本限制了它们商业化应用的前景。因此，开发出低成本、高活性、高稳定性的非贵金属催化剂迫在眉睫。

经过近30年的发展，金属有机框架(MOFs)材料由于其本身具有很大的比表面积和孔径体积以及可以调控改变的金属中心离子和有机配体，被认为是制备碳基材料的理想前驱体。其已经成为当前研究的一个热门材料，在气体吸附和分离、催化、传感等领域展现出巨大的应用前景。其中，由于沸石咪唑基金属有机框架材料兼具高孔容、高疏水性、高热稳定性和化学稳定性等特点，应用其作为前驱体制备的一系列非贵金属电催化氧还原催化剂相比其他碳基前驱体(碳纳米管、石墨烯和炭黑等)制备的催化剂展现出了明显的催化优势。但是，沸石咪唑基金属有机框架材料表面的微孔结构构造一方面限制了掺杂金属离子进入其内部，减少了活性位点数，另一方面，电催化反应过程中不利于离子和电子的传输，这极大限制了其电催化性能的进一步提升。

基于以上研究工作，本发明提出了一种通过溶剂热辅助异相成核制备咪唑基金属有机框架纳米片的方法。该方法制备的咪唑基金属有机框架纳米片相比传统方法制备的十二面体结构咪唑基金属有机框架材料具有诸多优势。其拥有更大的比表面积，更大的活性位点密度，电化学反应中更利于离子和电子的传输。咪唑基金属有机框架纳米片作为前驱体制备得到的非贵金属基电催化氧还原催化剂在原有材料催化性能的基础上得到进一步提升。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于氧还原反应的沸石咪唑基金属有机框架纳米片的制备方法，从而提升现有催化剂的催化性能，解决现有催化剂活性位点少、催化性能差等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于氧还原反应的沸石咪唑基金属有机框架纳米片的制备方法，包含以下步骤：

(1)称取一定质量的咪唑类化合物溶解在亲水性溶剂中(单一溶剂或者混合溶剂)，咪唑类化合物浓度为0.0001～10g/mL。

(2)称取一定质量的金属源化合物溶解在亲水性溶剂中(单一溶剂或者混合溶剂)，将其与步骤(1)所得的咪唑类化合物溶液混合均匀，金属源化合物浓度为0.0001～10g/mL，搅拌1-48h制得咪唑基金属有机框架前驱体，离心后再次分散在亲水性溶剂中(单一溶剂或者混合溶剂)，咪唑基金属有机框架前驱体浓度为0.0001～10g/mL。

(3)将步骤(1)所得溶液与步骤(2)所得溶液混合均匀。