一种双金属MOF衍生的析氧电催化剂的制备方法技术

本发明专利技术属于新能源材料技术领域，具体涉及一种双金属MOF衍生的析氧电催化剂的制备方法。本发明专利技术提供了一种双金属MOF衍生的析氧电催化剂的制备方法，包括将铁盐溶液、镍盐溶液、L‑谷氨酸和有机配体混合搅拌反应，所得产物干燥后进行碳化，得到双金属MOF衍生的析氧电催化剂。本发明专利技术提供了一种双金属MOF衍生的析氧电催化剂的制备方法，解决了现有的过渡金属OER催化剂因稳定性和导电性较差，导致其无法满足工业化应用的技术问题。

Preparation of a Bimetallic MOF-Derived Oxygen Evolution Catalyst

【技术实现步骤摘要】
一种双金属MOF衍生的析氧电催化剂的制备方法
本专利技术属于新能源材料
，具体涉及一种双金属MOF衍生的析氧电催化剂的制备方法。
技术介绍
日益减少的自然能源资源和对能源需求的急剧增长，使得新能源的开发成为了当前科学家们研究的热点。为了寻求高效且可持续的能量转换和储存解决方案，电催化析氧在近几十年来得到了非常广泛地研究。析氧反应(OER)作为一种在阳极半电池中发生的重要半反应，它是许多新型能量转换和储存过程/装置中的必要且具有决定性的步骤，例如水分解和可充电金属-空气电池。然而，OER是一个非常苛刻的电化学反应，在酸、碱性环境下分别发生如下反应：由反应方程(1)、(2)可知，OER涉及到了复杂的多步质子耦合电子转移过程以及氧-氧键的形成，导致其反应动力学缓慢，同时伴随着高能耗，需要催化剂来加速反应。因此，为了降低高热力学和动力学障碍，提高能效，发展高活性OER电催化剂成为了包括水分解、可充电金属-空气电池等技术的关键。二氧化钌(RuO2)和二氧化铱(IrO2)是目前已知具有低过电位和Tafel斜率的最先进的OER催化剂，具有良好的催化性能尤其是在酸性环境中。但是，高昂的成本、原料的稀缺、较低的导电性和稳定性阻碍了它们大规模的工业化应用。因此，研究并开发高效、稳定且具有成本效益的OER催化剂，使其能够商业化并获得经济的能源依旧是一个严峻的挑战。与RuO2、IrO2催化剂相比，过渡金属铁(Fe)，钴(Co)，镍(Ni)，锰(Mn)及其硫化物、磷化物、氮化物、硒化物、氧化物、氢氧化物等复合材料因其在碱性OER过程中表现出了较高的电催化活性，且成本低、地球储量丰富等优点，被认为是非常有潜力的替代材料。在碱性条件下，NiFeOxHy被认为是OER活性最高的电催化剂，然而其导电性和稳定性却差强人意，导致其仍然无法满足工业化应用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种双金属MOF衍生的析氧电催化剂的制备方法，解决了现有的过渡金属OER催化剂和导电性较差，导致其无法满足工业化应用的技术问题。本专利技术提供了一种双金属MOF衍生的析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，包括将铁盐溶液、镍盐溶液、L-谷氨酸和有机配体混合搅拌反应，所得产物干燥后进行碳化，得到双金属MOF衍生的析氧电催化剂。优选的，所述铁盐溶液和所述镍盐溶液的溶剂为去离子水；所述铁盐溶液和所述镍盐溶液的溶质为二价或三价的铁盐和镍盐。更优选的，所述铁盐溶液的溶质为乙酸亚铁，所述镍盐为醋酸镍。更优选的，所述有机配体溶解在无水乙醇中。更优选的，所述去离子水和所述无水乙醇的体积为80mL；更优选的L-谷氨酸的量为1mmol，有机配体的量为1.34mmol。优选的，所述有机配体为均苯三酸。更优选的，所述铁盐和镍盐的摩尔比为4：0.01，3：1，2：2，1：3或0.01：4，进一步优选为1：3。优选的，所述L-谷氨酸的摩尔量为0.01～3mmol。更优选的，所述L-谷氨酸的摩尔量为0.01mmol，1mmol或2mmol。优选的，所述均苯三酸的摩尔量为0.5～2.5mmol。更优选的，所述均苯三酸的摩尔量为0.67mmol，1.34mmol，2.01mmol。优选的，所述搅拌反应的时间为1～48h；所述搅拌反应的温度为室温。优选的，所述碳化反应的温度为800℃。优选的，所述碳化反应具体在惰性气体保护下进行；所述惰性气体为Ar或N2。优选的，所述碳化反应的升温速率为2℃/min。综上所述，与现有的技术相比，本专利技术的优异之处在于：(1)性能优异：产氧过程中电流密度达到50mAcm-2时，FeNi3Cx所需过电位为410mV，而商业RuO2的为433mV，产氧性能优于商业RuO2。(2)稳定性高：在0.5V电压下经过约20h的稳定性测试后电流密度仍然能够保持在初始电流密度的81％，而同样条件下商业RuO2的只有68％。(3)制备简单，价格低廉：该催化剂只需常温下搅拌以及碳化即可得到。且成分主要为Fe，Ni，C元素，原料在地球上储备丰富，大大降低了生产成本，具有良好的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术实施例1制备的FeNi3Cx的SEM图(bar＝10μm)；图2为本专利技术实施例1制备的FeNi3Cx的SEM图(bar＝2μm)；图3为本专利技术实施例1制备的FeNi3Cx的TEM图(bar＝1μm)；图4为本专利技术实施例1制备的FeNi3Cx的TEM图(bar＝50nm)；图5为本专利技术实施例1制备的FeNi3Cx的HRTEM图(bar＝5nm)；图6为本专利技术实施例1采用不同摩尔比制得的FeyNi4-yCx(0≤y≤4)的OER极化曲线；图7为本专利技术实施例1制得的FeNi3Cx和商业RuO2的OER性能图；图8为本专利技术实施例1制得的FeNi3Cx和商业RuO2的Tafel曲线；图9为本专利技术实施例1制得的FeNi3Cx和商业RuO2的阻抗图谱；图10为本专利技术实施例1制得的FeNi3Cx和商业RuO2的稳定性图谱；图11本专利技术实施例2中不同摩尔量L-谷氨酸制备的FeyNi4-yCx催化剂的LSV图；图12为本专利技术实施例3中不同摩尔量均苯三酸制备的FeyNi4-yCx催化剂的LSV图；图13为本专利技术实施例4采用Fe3+盐制备的FeNi3Cx在不同倍率下的TEM图；图14为本专利技术实施例4分别用Fe2+盐和Fe3+盐制备的FeNi3Cx和商用RuO2的LSV对比图；图15为本专利技术实施例1制得的FeNi-MOF和FeNi3Cx的X-射线衍射图谱；图16为本专利技术实施例1制得的FeNi3Cx的X-射线衍射图谱；图17为本专利技术实施例1制得的FeNi3Cx中Fe2p的XPS分峰图；图18为本专利技术实施例1制得的FeNi3Cx中Ni2p的XPS分峰图。具体实施方式本专利技术实施例提供了一种双金属MOF衍生的析氧电催化剂的制备方法，解决了现有的过渡金属OER催化剂和导电性较差，导致其无法满足工业化应用的技术问题。下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例只是本专利技术的部分具有代表性的实施例，而不是全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例都属于本专利技术的保护范围。实施例1表1采用不同Fe、Ni摩尔比制备的FeyNi4-yCx催化剂催化剂名称Fe与Ni的摩尔比Fe4Ni0Cx4：0.01Fe3Ni1Cx3：1Fe2Ni2Cx2：2Fe1Ni3Cx1：3Fe0Ni4Cx0.01：4分别制备如表1所示的不同Fe、Ni摩尔比的FeyNi4-yCx催化剂，以L-谷氨酸为1mmol，均苯三酸为1.34mmol时的Fe1Ni3Cx为例，具体制备过程如下：(1)将1mmolFe(CH3COO)2，3mmolNi(CH3COO)2和1mmolL-谷氨酸先后加入到80mL去离子水中快速搅拌使其完全溶解，标记为A1溶液；同时将1.34mmol均苯三酸加入到80mL无水乙醇中快速搅拌使其完全溶解，标记为B1溶液。随后，将B1溶液快速倒入A1溶液中，并继续搅拌14h。(2)将(1)中所得产物在8000rpm下离心并用去离子水和乙醇洗涤3～5遍，35℃真空干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双金属MOF衍生的析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，包括将铁盐溶液、镍盐溶液、L‑谷氨酸和有机配体混合搅拌反应，所得产物干燥后进行碳化，得到双金属MOF衍生的析氧电催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种双金属MOF衍生的析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，包括将铁盐溶液、镍盐溶液、L-谷氨酸和有机配体混合搅拌反应，所得产物干燥后进行碳化，得到双金属MOF衍生的析氧电催化剂。2.根据权利要求1所述的双金属MOF衍生的析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述铁盐溶液和所述镍盐溶液的溶剂为去离子水；所述铁盐溶液和所述镍盐溶液的溶质为二价或三价的铁盐和镍盐。3.根据权利要求1所述的双金属MOF衍生的析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述有机配体为均苯三酸。4.根据权利要求1所述的双金属MOF衍生的析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述铁盐溶液与所述镍盐溶液中铁和镍的摩尔比为4：0.01，3：1，2：2，1：3和0.01：4。5.根据权利要求1所述的双金属MOF衍生的析氧电催化剂的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王长宏，李庭震，杨莉花，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44