本发明涉及氢能,尤其涉及一种基于nife-mof双金属有机骨架材料的oer和uor催化剂的制备方法。
背景技术:
1、氢能具有长期、大容量储存和低温室气体排放等优点,是一种很有前途的环境友好型能源。使用电催化剂分解水是一种对环境友好的制氢的有效方法,然而,分解水装置的大规模应用主要受到阳极放氧反应迟缓的阻碍,它涉及复杂的多电子转移。因此,人们致力于设计和开发高性能的oer电催化剂来降低过电位,最终达到降低全解水电压的目的。另一方面,尿素氧化反应(uor)近年来引起了人们的广泛关注,由于uor比oer具有更负的平衡电位(0.37v vs.rhe),含有废水或尿素辅助水分解是一种更经济可行的制氢方式。尿素氧化不仅可以将废水中的尿素分解成无污染的二氧化碳和氮气,而且可以降低反应的能耗,是替代oer的理想反应。在碱性溶液中,尿素氧化反应(uor)是:(co(nh2)2+6oh-→n2+5h2o+co2+6e-,它涉及六个电子的转移,依旧存在反应动力学缓慢的问题。这使得寻找高效稳定的电催化剂来提高反应速率成为必然。目前,ruo2/iro2和pd是公认的具有高催化效率的oer和uor电催化剂,但这些贵金属的自身局限性如价格昂贵和自然丰丰度低,限制了其规模化应用。因此,开发高效低成本的oer和uor电催化剂具有重要意义。
2、金属有机骨架(mof)是一类由有机配体与无机金属离子以晶体结构配位而成的功能材料,具有丰富的固有分子金属中心、丰富的孔隙率、较大的比表面积和无机-有机结构单元的特点,引起了人们广泛的研究兴趣。mof基本上是由与有机连接物和溶剂分子配位的金属簇合物组成的。通过选择合适的金属离子中心和功能配体,可以精心设计和制造纳米结构的催化剂。ni作为成本低的过渡金属被广泛研究,zhang已报道过ni元素与有机配体连接形成ni-mof作为一种有前途的oer电催化剂,它在电流密度为10ma/cm2时oer的过电位为310mv。此外,镍基材料也已经被认为是潜在的uor电催化剂,如氢氧化镍,镍钼化合物,镍及其复合物等。然而,由于金属位点的饱和配位环境和低电导率,单金属mof的催化活性并不令人满意,所以我们需要对单金属mof进行优化使它发挥出更好的电催化性能。
3、可以通过对mof进行电子结构的调节来提高催化性能,目前常用的一类方法是杂原子掺杂,己有报道证实通过这种方法可以优化电子结构和改变表面性质,从而加速惰性小分子的活化。fe作为金属过渡元素,本身就具有良好的本征活性。原子结构相似的ni和fe之间可发生相互作用,这一作用能够对活性中心附近的电子结构进行调控,从而提高了析氧反应的动力学。因此,在单金属mof中引入铁基,对原本的结构进行调节,构建双金属mof,通过双金属之间的协同作用来提高电催化性能具有重要意义。
4、基于以上技术背景,本技术发明提出了一种基于nife-mof双金属有机骨架材料的oer和uor催化剂的制备方法,通过一锅溶剂法,将铁基引入ni-mof,合成了双金属nife-mof电催化剂,相关技术未见报道。
技术实现思路
1、本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题,提供一种基于nife-mof双金属有机骨架材料的oer和uor催化剂的制备方法。
2、为实现上述目的,本发明提供的技术方案是:一种基于nife-mof双金属有机骨架材料的oer和uor催化剂的制备方法,该制备方法以ni源、fe源及相关配体为原料,制备得到nife-mof双金属有机骨架材料,具体包括以下步骤:
3、取0.585g ni(no3)2·6h2o、0.403g的fecl2·4h2o、4.014g的尿素、100.7mg的对苯二甲酸于80mldmf在烧杯中溶解,恒温下置于磁力搅拌器上搅拌30min至溶液均匀,溶液呈红棕色。将烧杯中的溶液转移到100ml的反应釜中,在设定温度下进行水热反应8h;反应结束后通过离心收集材料,并用去离子水和乙醇交叉洗涤收集的材料,共洗涤六次,最后在60℃的烘箱中干燥12小时,即可得到nife-mof双金属有机骨架材料。
4、优选的,水热反应的温度范围为80-180℃。
5、本发明有益效果:
6、1.本发明所制备的nife-mof双金属有机骨架材料可以高效实现电催化oer和uor以及有效电催化全分解水产氢。
7、2.本发明所制备的nife-mof双金属有机骨架材料的形貌规整,且制备简单,成本低,适用大面积推广应用。
1.一种基于nife-mof双金属有机骨架材料的oer和uor催化剂的制备方法,其特征在于:该制备方法以ni源、fe源及相关配体为原料,制备得到nife-mof双金属有机骨架材料,具体包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种基于nife-mof双金属有机骨架材料的oer和uor催化剂的制备方法,其特征在于:水热反应的温度范围为80-180℃。