[发明专利]一种电催化剂材料及其制备方法

说明书

一种电催化剂材料及其制备方法。在实施例中，该方法包括：将锌盐加入到溶剂中，得到第一混合溶液，第一混合溶液中，锌盐的质量浓度为0.945g/L‑15.12g/L；向第一混合溶液加入金属氯化物，搅拌得到第二混合溶液，金属氯化物中的金属离子具有催化剂活性，第二混合溶液中，金属氯化物的质量浓度为0.1171g/L‑14.99g/L；向第二混合溶液加入质量浓度为5.9875g/L‑95.8g/L的2‑甲基咪唑水溶液，搅拌使其反应，得到第三混合溶液；从第三混合溶液中，分离获得固体沉淀物，洗涤、烘干，并在惰性气体氛围下煅烧，得到电催化剂材料。本发明实施例的制备方法具有简单，快速，节能，电催化剂材料性能更加优异，可控制电催化剂材料的微观形貌、相应具有不同的特性、可适用于不同的电催化场景等特点。

技术领域

本发明实施例属于电催化电极材料的制备领域，尤其涉及一种电催化剂材料及其制备方法。

背景技术

氧还原反应(ORR)是燃料电池、金属空气电池上的一个阴极反应，由于其动力学速率缓慢，限制了燃料电池的实际应用。目前，常用铂基催化剂作为催化剂来提高其动力学速率，该催化剂被证明是现阶段最有效的催化剂，但是铂价格高，储量少，稳定性差，易发生一氧化碳中毒，因此寻找可替代的非贵金属的高效催化剂对于燃料电池的实际应用具有重要意义(Liu,X.,et al.Ultrasonics Sonochemistry,2020,67,105179)。

金属有机骨架化合物(Metal Organic Frameworks，MOFs)是由金属离子和有机配体通过自组装而形成的周期性网状结构晶体多孔材料，具有大的比表面积，孔径均一、拓扑结构可调，结构多样等优点。沸石型咪唑框架材料(zeolite-imidazole frameworks，ZIFs)属于其中的一类，其具有特殊热稳定性和化学稳定性的分子筛结构。

ZIFs材料是由金属离子(Zn，Co)和2-甲基咪唑通过配位形成的一类具有多孔结构的无机-有机杂化材料，ZIFs材料是一类具有菱形十二面体结构的MOFs，其具有优异的耐酸碱性和稳定性，是潜在的优良电催化剂。

然而，目前常用的菱形十二面体形貌结构的ZIFs，其结构不利于活性位点的暴露，影响了与电解液的接触，不利于催化性能的提升，限制了它在电催化剂方面的应用。

发明内容

通常，ZIF-8和ZIF-67的形貌在以甲醇为溶剂时呈现为菱形十二面体的形貌。也有报道指出以水作为溶剂可以得到叶状ZIF(Jiang,Y.,et al.ACS Appl Mater Interfaces,2017,9,25239-25249.)，或在添加表面活性剂后得到六边形盘状结构(Guan,Yi,etal.Applied Catalysis B:Environmental 2019,256,117871.)，这种二维片状形貌与菱形十二面体形貌相比，具有更多暴露的活性位点、独特的二维电子限域性质以及更大的比表面积等优点，在反应过程中反应物具有更高的反应活性。

然而在不使用表面活性剂，同时使用去离子水或蒸馏水作为溶剂，获得其他形貌的ZIFs文献或专利并未见报道。

基于前述，发明人提出一种电催化剂材料的制备方法，通过搅拌、煅烧等操作，可以实现简单、快速、节能地制备出性能更加优异的电催化剂材料，且通过控制制备步骤中氯盐的金属离子M的含量和所述方法中步骤“向第二混合溶液加入2-甲基咪唑水溶液，搅拌使其反应，得到第三混合溶液”中搅拌作用的时间还可以控制ZIFs的微观形貌进而控制目的电催化剂材料的微观形貌，相应具有不同的特性，可以适用于不同的电催化场景。