钴基配位聚合物及其合成方法和应用与流程

本发明涉及新材料领域，尤其涉及一种钴基配位聚合物及其合成方法和应用。

背景技术：

1、能源与环境一直是世界各国关注的热点话题，是国民经济和社会发展的基础。近年来，随着经济的快速发展，能源短缺和环境污染问题日益突出。人们越来越需要发展可持续、高效的清洁能源，以推动新能源革命。氢能作为一种绿色清洁的可再生能源，而且燃烧产物只有水，无污染，是新世纪最有望替代化石能源的新能源。

2、而氢能可以通过煤制氢、天然气制氢和电解水制氢等。其中，电催化是一种高效、清洁的化学能源转化过程，能够转化水变为对人类有益的产品(例如含氧化合物、氨、碳氢化合物和氢气)。

3、电催化剂在电催化过程中发挥着至关重要的作用，因为它们降低了电催化反应的活化能并为电化学反应提供了传导位点，从而提高反应的速率和选择性。然而，由于昂贵且稀缺的资源限制，用于各种类型电催化反应的电催化剂目前距离商业化应用还有一段距离。因此，开发具有高催化性能的先进电催化剂来跨越这一差距变得至关重要。

4、配位聚合物是(cps)金属离子或金属簇与有机配体通过配位键组装而成的化合物。其中比较突出的是具有孔结构的多孔配位聚合物。cps已以不同的存在方式应用于不同类型的电催化反应，并获得了性能优异的催化活性。这些包括析氢反应(her)、氢氧化反应(hor)、氧还原反应(orr)和析氧反应(oer)。这些反应是以下装置或电池的核心反应：金属空气电池、可再生燃料电池、电解水制氢装置和其他重要的电化学能量转换装置。电催化氮还原制氨反应在能源转换领域也显示出诱人的应用前景。

技术实现思路

1、提供本
技术实现要素：
是为了以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容不旨在确定所要求保护的主题的关键或重要特征，也不旨在用作确定所要求保护的主题的范围的辅助手段。

2、本发明为提供一种高催化性能的先进电催化剂，本发明提出了如下技术方案：

3、钴基配位聚合物，其特征在于，其分子式为[co2(eiba)3(μ2-h2o)]n，其中，eiba为有机配体；n为非零的自然数，代表所述钴基配位聚合物以该分子式无限交替排列形成晶体；所述晶体属于单斜晶系、cm空间群，晶胞参数为：

4、α＝90°，β＝97.339(14)°，γ＝90°，

5、较佳的，eiba为脱去质子后的4-(2-乙基咪唑)苯甲酸，4-(2-乙基咪唑)苯甲酸的化学式为：

6、

7、本发明还提供了一种钴基配位聚合物的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

8、步骤1：将化合物a、heiba加入到dma中得到混合溶液，将所得混合溶液用碱调节ph值为3.5～4.5，将混合溶液在一定温度下恒温反应一定时间，得到反应产物；

9、步骤2：将所得反应产物冷却析晶，将析晶产物依次进行冲洗、过滤和干燥后，得到钴基配位聚合物。

10、较佳的，步骤1中的反应温度为85～95℃。

11、较佳的，步骤1中的反应时间为70～80h。

12、较佳的，所述heiba为4-(2-乙基咪唑)苯甲酸，4-(2-乙基咪唑)苯甲酸的化学式为：

13、

14、较佳的，所述化合物a为二价钴离子盐。

15、较佳的，所述化合物a选自六水合硝酸钴。

16、较佳的，所述dma为有机溶剂n，n’-二甲基乙酰胺；所述化合物a、heiba和dma的投料比为0.1～0.3mmol：0.1mmol：20～40mmol。

17、较佳的，所述化合物a、heiba和dma的投料比为0.1～0.3mmol：0.1mmol：30mmol。

18、较佳的，在步骤2中，冲洗时用去离子水冲洗，过滤为减压过滤，干燥过程为60℃的烘箱中恒温干燥2～4h。

19、较佳的，在步骤1中，碱为浓度为0.3mol/l的氢氧化钠溶液。

20、本发明还提供了一种钴基配位聚合物的应用，其特征在于，所述钴基配位聚合物在电催化剂上的应用，具体包括但不限于在电催化产氢催化剂上的应用，或者在电催化产氧催化剂上的应用；或者在燃料电池器件阴阳两极的催化剂上的应用。

21、由于采用上述技术方案，使得本发明取得的有益效果是：

22、该钴基配位聚合物以2个钴(ii)离子为中心离子，每个钴(ii)分别与1个eiba配体中的1个氮原子、2个eiba配体中的2个羧基氧原子以及1个单齿配位h2o分子配位，形成一个扭曲的四面体几何结构。通过eiba配体和h2o分子的桥联作用将相邻的co(ii)离子连接形成[co(eiba)2]窗，可进一步描述为(4，4)网格拓扑结构。最后，通过分子间氢键的相互作用形成3d超分子结构。此钴基配位聚合物作为钴基电催化剂的电催化效果强，可应用于新能源、高纯氧制备等领域。

23、本发明采用一锅溶剂热反应即可以制备出钴基电催化剂，该制备方法具有过程简单、操作方便、产率高、可重现性好等优点。

技术特征：

1.钴基配位聚合物，其特征在于，其分子式为[co2(eiba)3(μ2-h2o)]n，其中，eiba为有机配体；n为非零的自然数，代表所述钴基配位聚合物以该分子式无限交替排列形成晶体；所述晶体属于单斜晶系、cm空间群，晶胞参数为：

2.根据权利要求1所述的钴基配位聚合物，其特征在于，eiba为脱去质子后的4-(2-乙基咪唑)苯甲酸，4-(2-乙基咪唑)苯甲酸的化学式为：

3.钴基配位聚合物的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的钴基配位聚合物的合成方法，其特征在于，步骤1中的反应温度为85～95℃。

5.根据权利要求3所述的钴基配位聚合物的合成方法，其特征在于，步骤1中的反应时间为70～80h。

6.根据权利要求3所述的钴基配位聚合物的合成方法，其特征在于，所述heiba为4-(2-乙基咪唑)苯甲酸，4-(2-乙基咪唑)苯甲酸的化学式为：

7.根据权利要求6所述的钴基配位聚合物的合成方法，其特征在于，所述化合物a为二价钴离子盐。

8.根据权利要求7所述的钴基配位聚合物的合成方法，其特征在于，所述化合物a选自六水合硝酸钴。

9.根据权利要求8所述的钴基配位聚合物的合成方法，其特征在于，所述dma为有机溶剂n，n’-二甲基乙酰胺；所述化合物a、hei ba和dma的投料比为0.1～0.3mmol：0.1mmol：20～40mmol。

10.根据权利要求9所述的钴基配位聚合物的合成方法，其特征在于，所述化合物a、heiba和dma的投料比为0.1mmol：0.1mmol：30mmol。

11.根据权利要求3所述的钴基配位聚合物的合成方法，其特征在于，在步骤2中，冲洗时用去离子水冲洗，过滤为减压过滤，干燥过程为60℃的烘箱中恒温干燥2～4h。

12.根据权利要求3所述的钴基配位聚合物的合成方法，其特征在于，在步骤1中，碱为浓度为0.3mol/l的氢氧化钠溶液。

13.钴基配位聚合物的应用，其特征在于，所述钴基配位聚合物在电催化剂上的应用，具体包括但不限于在电催化产氢催化剂上的应用，或者在电催化产氧催化剂上的应用；或者在燃料电池器件阴阳两极的催化剂上的应用。

技术总结
本发明公开了一种钴基配位聚合物及其合成方法和应用，该钴基配位聚合物以2个钴(II)离子为中心离子，每个钴(II)分别与1个EIBA配体中的1个氮原子、2个EIBA配体中的2个羧基氧原子以及1个单齿配位H<subgt;2</subgt;O分子配位，形成一个扭曲的四面体几何结构。通过EIBA配体和H<subgt;2</subgt;O分子的桥联作用将相邻的Co(II)离子连接形成[Co(EIBA)<subgt;2</subgt;]窗，可进一步描述为(4，4)网格拓扑结构。最后，通过分子间氢键的相互作用形成3D超分子结构。此钴基配位聚合物作为钴基电催化剂的电催化效果强，可应用于新能源、高纯氧制备等领域。

技术研发人员：汪培庆,姜明月,郑楠,刘杰
受保护的技术使用者：上海暄洋化工材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12