一种碱刻蚀的金属有机骨架材料及在电催化分解水中的应用制造技术

一种碱刻蚀的金属有机骨架材料及在电催化分解水中的应用，属于电化学储能材料研发的技术领域。通过简单的溶剂热反应在导电基底上均匀生长Ni‑MOF纳米片阵列薄膜，进一步碱化处理获得具有缺陷的Ni‑MOF阵列。基于该阵列构筑的电极具有优异的电催化活性和稳定性，甚至可以媲美目前的商业电极。同时该方法对构筑其他缺陷化MOFs并应用在电化学储能领域中具有重要的借鉴意义。

An alkaline etched metal organic framework material and its application in electrocatalytic decomposition of water

【技术实现步骤摘要】
一种碱刻蚀的金属有机骨架材料及在电催化分解水中的应用
本专利技术属于电化学储能材料的
，技术涉及金属有机骨架(MOF)的制备和后处理方法，基于镍基MOF碱刻蚀得到高活性高导电性的纳米片阵列。
技术介绍
随着能源危机和环境污染问题不断加重，发展可再生能源已经成为全世界的共识。但由于太阳能、风能等可再生能源的间歇性和不易储存等特点，迫切需要开发新型能源存储与转换装置。氢能作为一种绿色可持续能源，其来源广泛，热值高，燃烧无污染因此成为近年来可再生清洁能源的研究热点。电催化分解水是制氢的重要手段之一，但目前仍存在催化剂价格昂贵、电极极化等问题，因此研究者致力于开发新型高效稳定的催化剂。金属有机骨架材料(MOFs)是由金属离子或离子簇和有机配体通过配位作用构筑的晶态多孔材料。高的比表面积和孔隙率、可功能化、开发的金属位点等特性使其在气体储存、催化、传感等领域具有重要的应用价值。近年来，MOFs在电催化分解水中展现了良好的性能，但是研究者着重指出MOFs自身活性仍然局限于两大问题：活性中心和导电性。此外，以粉体材料构筑电极方法繁琐，浪费成本，同时稳定性难以保证，不利于其在实际中的应用。因此，以MOFs为基体构筑优异性能的电极材料依然面临诸多挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种以碱刻蚀MOFs的方法，最终构筑具有优异电催化性能的缺陷MOFs电极。一种碱刻蚀的MOFs电极，通过溶剂热反应在泡沫镍基底上均匀生长Ni-MOF(Ni2(OH)2(BDC)；BDC＝对苯二甲酸)薄膜，进一步通过碱刻蚀得到缺陷化的Ni-MOF(简称D-Ni-MOF)电极。本专利技术的上述D-Ni-MOF电极的制备主要分为两步：第一步是通过溶剂热反应在泡沫镍基底上生长Ni-MOF纳米片阵列；第二步是在饱和的KOH乙醇溶液浸泡该阵列得到具有缺陷的D-Ni-MOF电极；本专利技术中上述D-Ni-MOF电极的合成方法，包括以下步骤：第一步：将泡沫镍浸入溶液A，通过溶剂热法制备Ni-MOF阵列；其中溶液A中六水合氯化镍与对苯二甲酸的摩尔数比例为1:1，溶液是水:乙醇:N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:1:16。其中六水合氯化钴的浓度进一步优选0.02～0.1mol/L，水热反应条件优选100～120℃，进一步优选120℃，恒温8-24小时，优选12小时；第二步：将步骤一中制备的Ni-MOF阵列浸入母液B中，母液B为饱和的KOH乙醇溶液，KOH浓度为0.35mol/L，反应温度常温，优选25℃，时间3～24小时，优选12小时。本专利技术通过在泡沫镍基底表面生长MOF并碱刻蚀得到缺陷化的MOF阵列电极材料。本专利技术制备方法工艺简单、易于实施。制备的新型电极极大的增加了活性位点数目和提高了材料导电性，有利于电催化性能的提升。此外，该制备方法可以适用于其他一些缺陷化的MOFs电极材料的构筑。附图说明图1为Ni-MOF的扫描电镜示意图。图2为缺陷化的D-Ni-MOF电极的扫描电镜示意图。图3为缺陷化的D-Ni-MOF电极的透射电镜示意图。图4为缺陷化的D-Ni-MOF电极的原子力显微镜图。图5为缺陷化的D-Ni-MOF与商业电极的电催化全分解水示意图。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：0.75mmol六水合氯化镍与0.75mmol对苯二甲酸溶解在18mL混合溶液中，混合溶液为水:乙醇:N,N-二甲基甲酰胺配比为1:1:16。将制得的均相溶液倒入反应釜中，洗净的镍片浸没上述溶液，100℃条件下溶剂热反应恒温8小时，取出Ni-MOF电极。第二步：将Ni-MOF电极置入饱和氢氧化钾乙醇溶液(0.35mol/L)，反应12小时后，去离子水和乙醇反复冲洗得到缺陷化Ni-MOF电极材料实施例2第一步：0.375mmol六水合氯化镍与0.375mmol对苯二甲酸溶解在18mL混合溶液中，混合溶液为水:乙醇:N,N-二甲基甲酰胺配比为1:1:16。将制得的均相溶液倒入反应釜中，洗净的镍片浸没上述溶液，120℃条件下溶剂热反应恒温12小时，取出Ni-MOF电极。第二步：将Ni-MOF电极置入饱和氢氧化钾乙醇溶液(0.35mol/L)，反应24小时后，去离子水和乙醇反复冲洗得到缺陷化Ni-MOF电极材料。上述实施例所得的材料的测试结果相同，具体见下述：(1)材料形貌表征：分别取该Ni-MOF和缺陷化的D-Ni-MOF的电极各一块，选用日立S-3400型号场发射扫描电子显微镜对其进行结构形貌图表征，分别见图1和图2。图1为碱刻蚀前原始Ni-MOF电极，形成的Ni-MOF纳米片阵列薄膜为竖立的片状结构交错组成的薄膜，材料图2为缺陷化的D-Ni-MOF电极材料。同时对陷化的D-Ni-MOF进行透射电子和原子力显微镜表征，见图3和图4。(2)材料充放电性能表征：图5分别为Ni-MOF和缺陷化的D-Ni-MOF的电极在1mol/L氢氧化钾中电催化分解水的示意图，两者电流密度为10mAcm-2对应的过电势为0.27和0.33V，过电势越低其越性能越好，因此可以看出缺陷化的D-Ni-MOF电极相对于商业电极具有优异的电催化性能，可用于电化学能源存储与转换领域。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碱刻蚀的金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于，通过溶剂热反应在导电基底上均匀生长Ni-MOF纳米片阵列薄膜，进一步通过碱液浸泡处理得到具有缺陷化的Ni-MOF纳米片。/n

【技术特征摘要】
1.一种碱刻蚀的金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于，通过溶剂热反应在导电基底上均匀生长Ni-MOF纳米片阵列薄膜，进一步通过碱液浸泡处理得到具有缺陷化的Ni-MOF纳米片。


2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
第一步：将导电基底浸入溶液A，通过溶剂热法制备Ni-MOF薄膜；其中溶液A中六水合氯化镍与对苯二甲酸的摩尔数比例为1:1，溶液是水:乙醇:N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:1:16；
第二步：将步骤一中制备的Ni-MOF阵列浸入母液B中，母液B为饱和的KOH乙醇溶液。


3.按照权利要求2所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建荣，周健，周阿武，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