[发明专利]一种镍-有机框架纳米片阵列材料及其制备方法和应用有效

专利信息
申请号: 202110887684.1 申请日: 2021-08-03
公开(公告)号: CN113529122B 公开(公告)日: 2023-10-13
发明(设计)人: 江浩;彭芳 申请(专利权)人: 湖南师范大学
主分类号: C25B11/085 分类号: C25B11/085;C25B11/065;H01M4/90
代理公司: 深圳峰诚志合知识产权代理有限公司 44525 代理人: 张腾
地址: 410006 湖*** 国省代码: 湖南;43
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摘要:
搜索关键词: 一种 有机 框架 纳米 阵列 材料 及其 制备 方法 应用
【说明书】:

发明公开了一种镍‑有机框架纳米片阵列材料及其制备方法和应用,包括导电基底的预处理、配制前驱体溶液以及合成纳米片阵列材料,本发明所制备镍‑有机框架纳米片具有超薄的二维片状结构,这不仅有利于电子/离子的快速转移,而且大量不饱和Ni活性位点直接暴露于纳米片表面,从而赋予其显著提升的电化学性能,在电催化领域中有着广泛的应用前景,同时采用的原料为无机镍盐和4‑二甲氨基吡啶,相较于工业应用的贵金属基催化剂,成本低廉,并且可直接作为自支撑电极用于电催化尿素氧化反应,具有优异的UOR电催化性能和出色的稳定性。

技术领域

本发明属于电催化技术领域,具体涉及一种镍-有机框架纳米片阵列材料及其制备方法和应用。

背景技术

尿素氧化反应(Urea Oxidation Reaction,UOR)是直接尿素燃料电池、尿素辅助可充电锌-空气电池和尿素辅助电解制氢等新能源技术的核心反应。然而,因其复杂的6e-转移路径,UOR反应动力学比较缓慢。因此,需要高性能的电催化剂来加快尿素氧化反应动力学,以提高上述与尿素相关的储能装置的能量转换效率。尽管贵金属基催化剂(如Pt、IrO2和RuO2)被证明具有一定的UOR活性,但因高成本和资源的稀缺性等缺点限制了它们的大规模应用。

近年来,低成本和高UOR活性的镍基催化剂(包括镍基氧化物、氢氧化物、磷化物、氮化物及其复合物等)受到了人们的广泛关注。研究表明,这些镍基材料优异的UOR电催化活性在很大程度上取决于其在反应过程中暴露的Ni位点,也就是说,Ni位点被认为是电催化UOR的活性中心。据此,各种具有不同元素组成和微观结构的富镍催化剂相继被报道,以期实现UOR的高效电催化。最近,研究人员合成了一种由Ni2+和苯二羧酸组成的镍-有机框架(Ni-MOF)材料,并首次证明了所制备的Ni-MOF对UOR具有显著的电催化活性(Chemicalcommunications,2017,53,10906-10909)。

金属-有机框架(metal-organic frameworks,MOF)是一类由金属离子和有机配体组成的微孔材料,具有组成可调、结构可控、比表面积大等优点。其中,由于其快速的电子/离子转移速率及其表面高度暴露的不饱和金属位点,超薄二维MOF纳米片在电催化应用展现出了巨大的潜力,然而,到目前为止,新型超薄二维Ni-MOF纳米片的合成依然很困难,而且具有高效UOR活性的Ni-MOF电催化材料依然很少。

发明内容

针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种镍-有机框架纳米片阵列材料及其制备方法和应用,解决目前镍基材料UOR电催化活性低以及稳定性差的技术问题。

为了实现上述目的,本发明采取如下技术方案:

一种镍-有机框架纳米片阵列材料,包括网状基底以及负载于所述网状基底上的镍-有机框架纳米片,所述镍-有机框架纳米片为二维片状。

优选的,所述镍-有机框架纳米片由二价镍盐和4-二甲氨基吡啶为原材料合成。

优选的,所述镍-有机框架纳米片的平均厚度为3-4nm。

优选的,所述二价镍盐为氯化镍、硝酸镍、醋酸镍或硫酸镍中的任一种。

优选的,所述网状基底为泡沫镍、碳布、钛网或不锈钢网中的任一种。

另外,本发明还要求保护所述镍-有机框架纳米片阵列材料的制备方法,包括如下步骤:

(1)导电基底的预处理;

(2)配制前驱体溶液:将二价镍盐和4-二甲氨基吡啶溶于有机溶剂中,混合均匀,即得到前驱体溶液;

(3)纳米片阵列材料的合成:将步骤(1)处理后的导电基底浸入步骤(2)配制的前驱体溶液中进行溶剂热反应,待反应结束后,将固体产物进行洗涤,烘干,即得到所述镍-有机框架纳米片阵列材料。

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