[发明专利]一种金属有机框架与氢氧化物异质结电催化剂及其原位制备法与应用

说明书

本发明提供了一种金属有机框架与氢氧化物异质结电催化剂及其原位制备法与应用，属于催化剂技术领域。本发明首先构筑了以对苯二甲酸为配体的金属有机框架，随后采用外延生长法构筑了以三草酸合铁酸钾为配体的金属有机框架，通过在碱性环境中原位转化得到金属有机框架与氢氧化物的异质结构。本发明的制备方法简单高效，且通过本发明的方法构筑的异质结电催化剂具有丰富的相界面以及更多的缺陷，同时具有优异的电催化析氧性能，可直接用于多种电催化应用。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种金属有机框架与氢氧化物异质结电催化剂及其原位制备法与应用。

背景技术

金属有机框架(Metal-Organic Frameworks，MOF)由于其独特的孔结构，大的比表面和丰富的结构类型受到研究者的关注。然而将金属有机框架直接用于电催化剂常常存在导电性差、活性位点少的缺点。因此，有很多研究尝试将金属有机框架与另一材料进行复合以进一步提升材料的催化性能。例如为了进一步提升催化剂的导电性，有学者将MOF与石墨烯进行复合，利用石墨烯的高导电率，进而提升材料整体的催化活性。此外，也有学者通过将金属有机框架与无机氢氧化物进行复合引入缺陷来提升催化剂的活性。然而，在金属有机框架表面直接构筑异质材料通常比较困难，因为材料之间存在着较大的差异。

近些年提出了一种金属有机框架材料的外延生长法，即在一种金属有机框架材料的外表面再生长一种金属有机框架材料。据发明人在先研究发现，某些金属有机框架材料在碱性溶液中会转化成氢氧化物。由此，发明人得到启示：即采用外延法生长两种金属有机框架材料，再通过合适的转化条件，可以转化成金属有机框架与氢氧化物的异质结构。利用这种特殊的原位转化方法，可有效构筑金属有机框架与氢氧化物异质结电催化剂，这会大大提升异质结构构筑的效率。

基于此，本发明提供了一种金属有机框架与氢氧化物异质结电催化剂及其原位制备法与应用。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种金属有机框架与氢氧化物异质结电催化剂的原位制备法。

本发明的第二个目的是提供一种上述金属有机框架与氢氧化物异质结电催化剂。

本发明的第三个目的在于提供一种上述金属有机框架与氢氧化物异质结电催化剂在电催化反应中的应用。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明的第一个方面提供了一种金属有机框架与氢氧化物异质结电催化剂的原位制备法，包括如下步骤：

步骤1：以对苯二甲酸为配体的金属有机框架MOF-1的制备

将泡沫镍清洗后置于容器中，加入N,N-二甲基甲酰胺、水、乙醇、对苯二甲酸、氯化盐，加热反应至反应结束，取出产物并清洗晾干，即得所述金属有机框架MOF-1；

步骤2：以三草酸合铁酸钾为配体的金属有机框架MOF-1@MOF-2的制备

将步骤1制得的金属有机框架MOF-1置于水中，再加入氯化盐和三草酸合铁酸钾进行溶解反应，待溶液出现浑浊，取出产物并清洗晾干，即得所述金属有机框架MOF-1@MOF-2；

步骤3：金属有机框架与氢氧化物异质结电催化剂MOF-1@LDH的制备

向步骤2制得的金属有机框架MOF-1@MOF-2中注入氢氧化钾碱液进行转化反应，反应结束，取出产物并清洗晾干，即得所述金属有机框架与氢氧化物异质结电催化剂MOF-1@LDH。

进一步地，在步骤1中，所述N,N-二甲基甲酰胺、水和乙醇的体积比为5:1:1。

进一步地，在步骤1中，所述对苯二甲酸的浓度为0.02～0.2mmol；所述氯化盐的浓度为0.05～0.5mmol。