[发明专利]一种酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片及其制备方法

说明书

本发明提供了一种酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片的制备方法，包括以下步骤：将无机镍源、对苯二甲酸与混合溶剂混合，进行配位反应得到二维金属有机骨架纳米片前驱体溶液，再与酞菁铁混合，经超声得到酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片。本发明用二维金属有机骨架纳米片对酞菁铁进行修饰，不仅提高了酞箐铁分子的导电性，丰富了表面暴露的电催化活性位点，还改变了酞箐铁的微观电子结构，最终达到了提高其电催化性能的目的，并且降低了实现反应的过电位。实施例的结果显示，当过电位为‑0.2V vs.RHE时，酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片电极表面开始发生电催化析氢反应，此时对应的反应过电势为200mV。

技术领域

本发明涉及催化剂材料技术领域，尤其涉及一种酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片及其制备方法。

背景技术

氢能作为一种环境友好的清洁能源，因具有热值高、可再生等优点，被认为是解决能源短缺、环境污染，促进社会可持续发展的必然选择。其中，电解水是制备高纯氢气最常用的方法，也是现代清洁能源技术的重要组成部分，然而这类反应需要加入高效、稳定的催化剂以降低氢的高活化能来提高反应动力。

作为目前最高效的电催化析氢催化剂贵金属Pt，其氢吸附吉布斯自由能(ΔGH)几乎为零，因此能够在接近零的过电位下产生很高的交换电流密度。但是，贵金属的储量少、价格昂贵，严重制约了其作为电催化材料的商业化发展和实际应用。因此，开发高效、稳定、廉价的催化剂，对于氢气的可持续生产是非常必要的。

为此，近年来国内外在新型电催化剂的制备方面开展了大量的研究工作，特别是含量丰富的过渡金属基催化剂，如钴、铁、镍、铜等，这些过渡金属可与不同的配体结合生成配合物用于电催化还原析氢。其中，MN₄结构的金属酞箐配合物因具有刚性、平面且稳定的几何结构，并且结构可调易于合成修饰，以及良好的电极集成潜力的优点，广泛用于电催化还原析氢。但是MN₄结构的金属酞箐配合物作为电催化还原析氢的电催化剂，仍存在电催化性能不佳、实现反应的过电位较高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片及其制备方法。本发明提供的酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片具有优异的电催化性能，且实现电催化还原析氢的过电位较低。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片的制备方法，包括以下步骤：

(1)将无机镍源、对苯二甲酸与混合溶剂混合，进行配位反应得到二维金属有机骨架纳米片前驱体溶液；

(2)将所述步骤(1)得到的二维金属有机骨架纳米片前驱体溶液与酞菁铁混合，经超声得到酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片。

优选地，所述步骤(1)中的无机镍源包括氯化镍或硝酸镍。

优选地，所述步骤(1)中无机镍源与对苯二甲酸的物质的量之比为1:1～1:3。

优选地，所述步骤(1)中的混合溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、乙醇和去离子水。

优选地，所述N,N-二甲基甲酰胺、乙醇和去离子水的体积比为(64～75)：(4～8)：(4～8)。

优选地，所述步骤(1)中的无机镍源与对苯二甲酸的总质量与混合溶剂的体积比为(0.605～1.103)g:(72～91)mL。

优选地，所述步骤(2)中酞菁铁中的铁与二维金属有机骨架纳米片前驱体溶液中的镍的物质的量之比为1：(2～20)。

优选地，所述步骤(2)中超声的频率为20～40KHz。

优选地，所述步骤(2)中超声的时间为8～12h。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的酞箐铁/二维金属有机骨架纳米片。