[发明专利]一种硫化氢氧化物双纳米框架材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种硫化氢氧化物双纳米框架材料的制备方法及其应用，该方法以制备出的尺寸在100 nm左右的镍钴普鲁士蓝类似物(NiCo‑PBA)作为模板，通过阴离子交换法，利用硫化钠与氢氧化钠同时对其进行精细雕刻，可获得一种硫化物与氢氧化物同时存在的纳米框架结构。与传统制备方法相比，该方法简单方便，可大量制备，具有的比表面积大、活性位点多、稳定性好等优点，从而对析氧反应表现出优异的电催化活性和电化学稳定性。

技术领域

本发明属于多组分框架结构制备技术领域，具体涉及一种硫化氢氧化物双纳米框架材料的制备方法及其应用。

背景技术

目前，析氧反应(OER,4OH⁻→O₂+2H₂O+4e⁻)作为许多高效、清洁、可持续的能源转换装置中十分重要的反应过程，是电化学能量装置的基础。由于其多步电子传递路径和固有的缓慢反应动力学，OER工艺在阳极上的平稳运行通常依赖于催化剂工程，贵金属钌和铱基催化剂被认为是OER的最有效的电催化剂。但由于贵金属价格昂贵，储量稀少的原因，开发价廉、清洁、高效的非贵金属基电催化剂已迫在眉睫。

普鲁士蓝类似物(PBA)是一种新型的金属有机框架材料，它的结构式为M₃^Ⅱ[M^Ⅲ(CN)₆]₂·nH₂O(M=Fe,Co,Ni)。这种拥有繁多种类的形态结构、合成尺寸均匀一致的材料，因其具有独特的高比表面积，均匀孔隙率，以及特殊的热能性与独特的反应性等特性而引起人们的广泛关注。目前，普鲁士蓝类似物的衍生材料在催化、电化学储能、气体存储/分离、药物释放、传感器、锂离子电池等领域已具有广泛的应用。以普鲁士蓝类似物为模板，通过刻蚀/离子交换法来调整材料的物理和化学性质，获得的具有中空或多孔的新型功能性纳米材料可以提高其在不同领域的应用性能。

中空或多孔框架结构纳米材料具有良好纳米结构的界面工程可以提高电导率、促进电荷转移、产生强烈的偶联效应，能够有效调节电催化性能。研究表明，通过阴离子刻蚀可获得具有笼状、框架、核壳、双层壳和三层壳结构的多种不同形貌的材料；通过引入不同的阴离子源如S²⁻、P³⁻、N³⁻、OH⁻等，可获得具有如硫化物、磷化物、氮化物、氢氧化物等一系列成分的产物。然而，这些材料往往都是通过一种阴离子源获得的单组份产物，目前很少有文献报道利用多种阴离子源，通过简单的刻蚀/离子交换法在单一的PBA里完成对于明确的组分隔离和多相调控在内的多组分框架结构设计。现阶段，利用PBA为模板的框架结构设计主要为简单的单组分材料；利用多种阴离子源对PBA进行调控获得的多组分纳米材料也鲜少报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种硫化氢氧化物双纳米框架材料的制备方法及其应用，该方法通过刻蚀/阴离子交换法制备得到的硫化氢氧化物双纳米框架，不仅操作简单快捷，易于规模化生产，而且制得的硫化氢氧化物双纳米框架具有比表面积大，活性位点多，稳定性好等优点，从而对析氧反应表现出优异的电催化活性和稳定性。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案：

一种硫化氢氧化物双纳米框架材料的制备方法，取溶剂，向溶剂中加入NiCo-PBA后，再同时加入S^2-阴离子源与OH^-阴离子源，混合均匀后，水浴保温一段时间，即得硫化氢氧化物双纳米框架材料；所述溶剂为水或乙醇中一种或两种混合。

其中，所述水和乙醇混合溶液作为分散剂；所述NiCo-PBA为模板。

作为改进的是，所述S^2-阴离子源为述Na₂S、NaHS、K₂S、(NH4)₂S、或CH₃CSNH₂；OH^-阴离子源为NaOH或KOH。