一种CoFe-MOFLDHs复合材料的制备方法及应用与流程

专利2022-05-09  32


本发明属于金属有机框架材料技术领域。



背景技术:

金属有机框架(mofs)是一类常见的多孔结晶材料,自从被发现以来受到了广泛的关注。它既不同于无机多孔材料,也不同于一般的有机配合物,兼有无机材料的刚性和有机材料的柔性特征。而且由于能控制孔的结构并且比表面积大,mofs比其它的多孔材料有更广泛的应用前景,如气体分离、催化剂和储能材料等。

二维层状材料因其具有较高的比表面积和独特的电子特性可作为很好的电极材料,在电催化和储能中应用广泛。其中,层状双金属氢氧化物(ldhs)以其典型的层状结构特征,且价格低廉、合成方法简单并易于功能化、组成易于调控、结构可裁剪等优点在电催化及催化材料的制备中具有很好的发展前景。



技术实现要素:

本发明要解决的技术问题在于提供一种co/fe-mofldhs复合材料的制备方法,步骤如下:

1)将钴盐和铁盐溶于去离子水中,制得双金属盐水溶液;

2)将4,4-联吡啶溶于乙醇中,制得4,4-联吡啶乙醇溶液;

3)将双金属盐水溶液、4,4-联吡啶乙醇溶液和吡啶混合进行水热反应,得到沉淀物经洗涤、干燥后,即得co/fe-mofldhs复合材料。

结合mofs和ldhs的组成和结构上的优点,mofs和ldhs的复合物不仅具有大的电化学比表面积和丰富的金属活性中心,而且二者之间具有很强的耦合作用,具有很高的电子转移速度和反应活性。因此,它具有优异的oer活性。这项研究将为设计具有优化电化学性能的mof基材料提供有价值的指导。

进一步地,所述钴盐为coso4·7h2o,铁盐为feso4·7h2o,由于这些盐所带的酸根参与了材料的配位合成,起到平衡电子的作用,更容易得到所需的产物,因此优先选择使用这些盐。

进一步地,钴盐和铁盐的投料摩尔比为30∶1。使用该比例可以在合成该材料的时候尽可能多的保留mof的结构,合成出我们所需要的复合材料。

进一步地,钴盐和铁盐的总量和4,4-联吡啶的投料摩尔比为1∶1。选择这样的比例能使金属盐与有机配体之间的反应更为充分,提高利用率。

进一步地,水热反应的温度为100℃,时间为24h,在此条件下所得到的co/fe-mofldhs复合材料的形貌较好。

本发明另一目的是提出以上制备方法制得的co/fe-mofldhs复合材料在电催化析氧中的应用。

将co/fe-mofldhs复合材料与nafion溶液在超声条件下混合后修饰在玻碳电极表面,制备出用于电催化析氧反应的测试电极。

加入co/fe-mofldhs复合材料制备的电极可以降低oer反应时的过电位,提高电催化性能。

经反复实验证明,在此条件下,能够合成形貌均一、纯度较高的co/fe-mofldhs复合材料,是最佳工艺条件。该制备方法操作简单,无需复杂设备,条件温和,前驱体材料易得,过程可控。

附图说明

图1为本发明制备的co/fe-mofldhs复合材料的扫描电镜图(sem)。

图2为本发明制备的co/fe-mofldhs复合材料的x射线衍射图(xrd)。

图3为本发明制备的co/fe-mofldhs复合材料的红外光谱图(ir)。

图4为本发明制备的co/fe-mofldhs复合材料与对比例1的析氧性能比较图。

具体实施方式

一、制备材料。

实施例1:

将0.2719g七水合硫酸钴(coso4·7h2o),0.009g七水合硫酸亚铁(feso4·7h2o)溶于16ml去离子水中得到双金属盐溶液。

将1mmol的4,4-联吡啶溶于8ml乙醇中,得到4,4-联吡啶乙醇溶液。

将以上双金属盐溶液和4,4-联吡啶乙醇溶液混合后,加入2ml吡啶在室温下搅拌25min,最后将溶液在100℃条件下水热24h得到的褐色沉淀。用去离子水和乙醇分别洗涤产物三次后室温干燥,得到co/fe-mofldhs纳米复合材料。

对比例1:

参照实施例1,在合成材料的过程中不加入feso4·7h2o便得到了纯co-mof纳米复合材料,其合成方法、合成条件以及吡啶的添加量与实施例1全部一样。

二、电极材料的制备。

取5mg实施例1和对比例1制备的样品分别与100μlnafion溶液(浓度为1%)、300μl乙醇和600μl去离子水超声混合,制备混合溶液。

取5μl混合溶液采用涂覆的方式在直径为3mm的洁净玻碳电极的表面,自然晾干后得到二种工作电极样品。

三、电化学性能测试。

将以上二种工作电极样品分别在0~0.8v下进行线性伏安扫描,两种样品的测试方法、测试条件完全相同。

从图4中可以清晰地看出,对于oer反应,co/fe-mofldhs纳米复合材料在10macm-2处的过电位为325mv,明显低于纯co-mof纳米复合材料的379mv。本发明所制备的裙带状co/fe-mofldhs纳米复合材料也具有较好的稳定性,在能源的存储与转换领域具有广泛的应用前景。



技术特征:

1.一种co/fe-mofldhs复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)将钴盐和铁盐溶于去离子水中,制得双金属盐水溶液;

2)将4,4-联吡啶溶于乙醇中,制得4,4-联吡啶乙醇溶液;

3)将双金属盐水溶液、4,4-联吡啶乙醇溶液和吡啶混合进行水热反应,得到沉淀物经洗涤、干燥后,即得co/fe-mofldhs复合材料。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述钴盐为coso4·7h2o,铁盐为feso4·7h2o。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,钴盐和铁盐的投料摩尔比为30∶1。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,钴盐和铁盐总量与4,4-联吡啶的投料摩尔比为1∶1。

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,水热反应的温度为100℃,时间为24h。

6.根据权利要求1所述的方法制备的co/fe-mofldhs复合材料在测试电极中的应用,其特征在于,将co/fe-mofldhs复合材料与nafion溶液在超声条件下混合后修饰在玻碳电极表面,制得用于电催化析氧反应的测试电极。


技术总结
一种Co/Fe‑MOF LDHs复合材料的制备方法及应用,属于金属有机框架材料技术领域。将钴、铁双金属盐水溶液、4,4‑联吡啶乙醇溶液和吡啶混合进行水热反应,得到沉淀物经洗涤、干燥后,即得Co/Fe‑MOF LDHs复合材料。该复合物不仅具有大的电化学比表面积和丰富的金属活性中心,而且二者之间具有很强的耦合作用,具有很高的电子转移速度和反应活性。将Co/Fe‑MOF LDHs复合材料与Nafion溶液在超声条件下混合后修饰在玻碳电极表面,制备出用于电催化析氧反应的测试电极,该电极可以降低OER反应时的过电位,提高电催化性能。

技术研发人员:庞欢;王吉
受保护的技术使用者:扬州大学
技术研发日:2021.05.19
技术公布日:2021.08.13
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