一种基于MOF模板构筑空心多面体ZnS/CoS电催化剂的制备方法技术

一种基于MOF模板构筑空心多面体ZnS/CoS电催化剂的制备方法，属于电催化材料合成技术领域。以ZIF‑ZnCo为模板，硫代乙酰胺为硫源，在硫代乙酰胺的乙醇溶液中经回流反应得到具有优异电催化性能的空心多面体ZnS/CoS材料。基于该催化剂具有较高的比表面积、较低的密度和较低的热扩散系数，因此表现出良好的电催化活性。

Method for preparing hollow polyhedron ZnS/CoS electric catalyst based on MOF template

The invention relates to a preparation method of a hollow polyhedron ZnS/CoS electrocatalyst based on a MOF template, which belongs to the technical field of the synthesis of the electro catalytic material. The ZIF ZnCo as template, thioacetamide as sulfur source in ethanol solution of thioacetamide in the reflux reaction of polyhedral hollow ZnS/CoS material with excellent electrocatalytic properties. Because of the high specific surface area, low density and low thermal diffusivity, the catalyst showed good electrocatalytic activity.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电催化材料合成
，具体涉及一种以沸石咪唑酯骨架结构材料(Zeolitic imidazolate frameworks,ZIFs)为模板构筑具有空心多面体ZnS/CoS电催化剂的制备方法。研究背景随着化石能源的过度开采和加剧消耗，能源危机和环境污染备受人们关注。目前开发清洁低碳的新型氢能源来缓解当前的能源环境危机，对于发展国民经济、实现可持续发展具有重大意义。目前，催化剂电解水制氢被认为是有效途径之一。研究表明空心纳米结构的电催化剂由于具有较高的比表面积、较低的密度、较低的热扩散系数，相比于块体实心结构材料具有更优异的电催化性能。然而，通常空心结构的电催化剂的合成方法较为繁琐复杂，成本较高，抑制了该类催化剂的实际应用。因此如何发展构筑空心结构电催化剂的制备方法依然面临诸多挑战。金属-有机骨架化合物(Metal-organic frameworks，MOFs)是一种新型多孔材料，它是由金属离子或离子簇与含氮、氧等的有机配体自组装而成的具有特殊孔道结构的材料。其中沸石咪唑酯骨架结构材料是由金属离子和咪唑或者咪唑类衍生物配位而成的结构相对稳定的MOFs之一。近年来，ZIFs及其衍生物构筑的电催化材料逐渐被应用在电化学储能与转换领域。特别是通过焙烧制备的多孔碳或者氧化物逐渐被证明具有良好的电催化活性。但是，基于MOFs构筑的空心结构衍生物依然少见报道，限制了MOFs的实际应用。因此，如何构筑具有稳定空心结构的MOFs衍生物仍然面临诸多问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种以双金属ZIF-ZnCo为模板构筑具有优异电催化性能的空心多面体ZnS/CoS材料。主要包括以下步骤：(1)ZIF-ZnCo的合成:在室温搅拌状态下，将2-甲基咪唑、六水合硝酸钴和六水合硝酸锌溶于甲醇，室温静置12～36h，混合液离心后用甲醇洗涤、活化，真空干燥，得ZIF-ZnCo；(2)ZnS/CoS的制备：将步骤(1)所得ZIF-ZnCo溶于硫代乙酰胺的乙醇溶液中，在50～80℃条件下回流1～3h，反应后的混合溶液离心分离后，用无水乙醇洗涤、真空干燥，得ZnS/CoS。步骤(1)中2-甲基咪唑、六水合硝酸钴和六水合硝酸锌的摩尔比优选为40:9:9，室温静置时间为12～36h。步骤(2)中硫代乙酰胺的浓度优选为0.06mol/L，硫化温度为50～80℃，硫化时间为1～3h。本专利技术以ZIF-ZnCo为模板，硫代乙酰胺为硫源，在乙醇溶液中经回流反应得到具有优异电催化性能的空心多面体ZnS/CoS材料。本专利技术制备方法简单、成本较低。制备的电催化剂具有较高的比表面积、较低的密度和较低的热扩散系数，因此表现出良好的电催化活性。附图说明图1为本专利技术实例中ZnS/CoS的扫描电镜示意图。图2为本专利技术实例中ZnS/CoS的透射电镜示意图。图3为本专利技术实例中ZnS/CoS的氮气吸附脱附曲线图。图4为本专利技术实例中ZnS/CoS的电化学性能图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。实施例1第一步：在室温搅拌状态下，称取0.656g 2-甲基咪唑、0.249g六水合硝酸钴和0.257g六水合硝酸锌溶解于50mL甲醇，室温静置24h，混合液离心后用甲醇洗涤、活化，60℃下真空干燥8h，得ZIF-ZnCo。第二步：称取40mg步骤一中制备的ZIF-ZnCo、0.187g硫代乙酰胺溶于40mL无水乙醇溶液中，70℃回流1.5h，反应后的混合溶液离心分离后，用无水乙醇洗涤、60℃下真空干燥8h，得ZnS/CoS。实施例2第一步：在室温搅拌状态下，称取0.656g 2-甲基咪唑、0.249g六水合硝酸钴和0.257g六水合硝酸锌溶解于50mL甲醇，室温静置36h，混合液离心后用甲醇洗涤、活化，60℃下真空干燥8h，得ZIF-ZnCo；第二步：称取40mg步骤一中制备的ZIF-ZnCo、0.2g硫代乙酰胺溶于40mL无水乙醇溶液中，70℃回流2h，反应后的混合溶液离心分离后，用无水乙醇洗涤、60℃下真空干燥8h，得ZnS/CoS。上述实施例所得的材料的测试结果相同，具体见下述：由图1可知ZnS/CoS保持了ZIF-ZnCo的菱形十二面体形貌，尺寸为300～400nm。由图2可知ZnS/CoS具有良好的空心多面体结构。由图3氮气吸附脱附曲线可知ZnS/CoS的比表面积为～72m2/g。图4中曲线为ZnS/CoS在1mol/L的氢氧化钾电解液中，扫描速度为20mV/s的线性扫描伏安曲线(LSV)。上述内容为本专利技术的较佳实例而已，但本专利技术不应局限于该实例所公开内容。所以凡不脱离本专利技术所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本专利技术保护的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MOF模板构筑空心多面体ZnS/CoS电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)ZIF‑ZnCo的合成:在室温搅拌状态下，将2‑甲基咪唑、六水合硝酸钴和六水合硝酸锌溶于甲醇，室温静置12～36h，混合液离心后用甲醇洗涤、活化，真空干燥，得ZIF‑ZnCo；(2)ZnS/CoS的制备：将步骤(1)所得ZIF‑ZnCo溶于硫代乙酰胺的乙醇溶液中，在50～80℃条件下回流1～3h，反应后的混合溶液离心分离后，用无水乙醇洗涤、真空干燥，得ZnS/CoS。

【技术特征摘要】
1.一种基于MOF模板构筑空心多面体ZnS/CoS电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)ZIF-ZnCo的合成:在室温搅拌状态下，将2-甲基咪唑、六水合硝酸钴和六水合硝酸锌溶于甲醇，室温静置12～36h，混合液离心后用甲醇洗涤、活化，真空干燥，得ZIF-ZnCo；(2)ZnS/CoS的制备：将步骤(1)所得ZIF-ZnCo溶于硫代乙酰胺的乙醇溶液中，在50～80℃条...

【专利技术属性】
技术研发人员：白金泉，郭瑞梅，豆义波，兰蒙，李建荣，谢亚勃，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11