一种石墨烯外壳包覆Co-MOF-74复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯外壳包覆Co

【技术实现步骤摘要】
borohydride [J]. Colloids and Surfaces A, 2019, 112
‑
129. ) 采用碳热还原法合成制备Co/PGO，所制备的Co/PGO在碱性条件下对硼氢化钠水解反应表现出良好的催化活性,制氢速率为5.96 L min
−1·
g
catalyst
−1。该文献表明，GO的适量加入导致比表面积明显增加和分散Co纳米粒子的性能，有助于提高催化反应的活性表面积。虽然它解决了电子传导的问题，提高了催化性能，但是5个循环后的保留率仅为73.0%。根据其实验结果，其原因为，常规添加石墨烯，只能实现诱导生长的效果，金属粒子在循环过程中没有被保护而容易脱落。
[0006]为了解决上述问题，通过调节反应过程，使石墨烯形成石墨烯外壳对MOFs进行包覆从而实现对催化剂进行保护作用，以实现提高催化剂的循化性能的效果。
[0007]综上可知金属有机骨架(MOFs)具备内表面积大、晶体密度低、孔隙率高能在催化反应中发挥重要的作用。石墨烯的掺杂形成复合材料可以导致比表面积明显增加，增加活性位点，从而有助于提高催化性能，并且石墨烯作为外壳包覆MOFs可以克服其本身在循环过程中稳定性较差的缺点，并且在一定程度上有效改善在硼氢化钠水解的碱性环境中催化时结构易坍塌的缺点。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种石墨烯外壳包覆MOF
‑
74复合材料，通过水热、活化后使氧化石墨烯包覆MOF
‑
74，作为硼氢化钠水解制氢催化剂的应用。
[0009]本专利技术针对现有技术存在的技术问题，采用以下方式来解决上述问题：1、金属有机骨架(MOFs)具备内表面积大、晶体密度低、孔隙率高等优点，其暴露的金属活性位点，有利于与客体物种相互作用，Co
‑
MOF
‑
74因存在暴露的金属位点，能在催化反应中发挥重要的作用；2、由于MOFs的电导率差、质量渗透率小、稳定性不好等缺陷，限制了在催化领域的应用，而复合载体的构建能有效解决这一难题。
[0010]3、氧化石墨烯(GO)具有优良的电子传导能力和稳定性，与MOFs掺杂有利于电子传输和增大比表面积，能显著提高催化效率和稳定性。
[0011]实现本专利技术目的的技术方案是：一种石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
‑
74复合材料，通过水热法制备石墨烯包覆Co
‑
MOF
‑
74，然后通过活化，得到石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
‑
74复合材料，所得材料的微观形貌为表面粗糙的棒状花束。
[0012]一种石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
‑
74复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，反应液的准备，将氧化石墨烯加入乙醇中超声，得到一定浓度为的氧化石墨烯溶液，然后，将六水氯化钴加入到氧化石墨烯溶液中得到溶液A，同时，将水、乙醇和DMF混合得到混合溶剂，然后将2，5二羟基对苯二甲酸加入到混合溶剂中得到溶液B，最后，以一定比例，将溶液A和溶液B进行搅拌混合，得到反应液；所述步骤1氧化石墨烯溶液的浓度为1 mg ml
‑1；所述步骤1溶液A和溶液B混合时，需要满足氧化石墨烯与六水氯化钴、2，5二羟基对苯二甲酸的质量比为(1
‑
2)：40：10；所述步骤1混合溶剂配制时，水、乙醇和DMF的体积比为3：3：50；所述步骤1混合溶剂中，2，5二羟基对苯二甲酸的浓度为1.9
‑
2.0 mg/mL；
步骤2，石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
‑
74复合材料的水热合成，在一定条件下，将步骤2所得反应液进行水热反应，所得沉淀物经洗涤、干燥后，即可得到石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
‑
74复合材料；所述步骤2水热反应的条件为，反应温度为120
‑
160 ℃，反应时间为10
‑
12 h；步骤3，石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
‑
74复合材料的活化，在一定条件下，将步骤2所得石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
‑
74复合材料进行活化，即可得到石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
‑
74复合材料。
[0013]所述步骤3活化的条件为，活化温度为300
‑
500 ℃，活化时间为3
‑
6 h。
[0014]一种石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
‑
74复合材料作为硼氢化钠水解催化剂的应用，在303 K条件下，最大放氢速率达到4566.42 mL
•
min
‑1g
‑1；放氢量为理论值的98%；催化放氢的活化能为E
a
=18.04 kJ
•
mol
‑1；5次循环后，对硼氢化钠水解为初始催化活性的83.5%。
[0015]本专利技术技术效果经实验检测，具体内容如下：本专利技术经SEM检测可知：石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
‑
74复合材料中Co
‑
MOF
‑
74呈棒状花束，石墨烯包覆在外层。
[0016]本专利技术经XRD检测可知：石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
‑
74复合材料在6.7
°
和11.7
°
处有两个Co
‑
MOF
‑
74的特征峰。在23
°
附近可以观测到GO(002)晶面微弱的宽峰， GO的加入并没有破坏 Co
‑
MOF
‑
74的晶体结构。
[0017]本专利技术经水解制氢检测可知：在303 K条件下提供的最大产氢速率为4665.42 mL
•
min
‑1g
‑1。
[0018]本专利技术经反应动力学性能检测可知：反应的表观活化能E
a
=18.04 kJ
•
mol
‑1。
[0019]本专利技术经循环性能检测可知：在303 K条件下循环了5次后仍保留了其对硼氢化钠水解初始催化活性的83.5%。
[0020]本专利技术经不同硼氢化钠浓度产氢检测可知：在1.5 wt.%条件下最大产氢速率为4665.42 mL
•
min
‑1g
‑1，在303 K条件下石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
‑
74复合材料对硼氢化钠水解制氢反应不依赖于催化剂自身的浓度。
[0021]本专利技术经不同催化剂产氢检测可知：在303 K条件下，石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
‑
74<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
‑
74复合材料，其特征在于：通过水热法制备石墨烯包覆Co
‑
MOF
‑
74，然后通过活化，得到石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
‑
74复合材料，所得材料的微观形貌为表面粗糙的棒状花束。2.一种石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
‑
74复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，反应液的准备，将氧化石墨烯加入乙醇中超声，得到一定浓度为的氧化石墨烯溶液，然后，将六水氯化钴加入到氧化石墨烯溶液中得到溶液A，同时，将水、乙醇和DMF混合得到混合溶剂，然后将2，5二羟基对苯二甲酸加入到混合溶剂中得到溶液B，最后，以一定比例，将溶液A和溶液B进行搅拌混合，得到反应液；步骤2，石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
‑
74复合材料的水热合成，在一定条件下，将步骤2所得反应液进行水热反应，所得沉淀物经洗涤、干燥后，即可得到石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
‑
74复合材料；步骤3，石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
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74复合材料的活化，在一定条件下，将步骤2所得石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
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74复合材料进行活化，即可得到石墨烯外壳包覆Co
‑
MOF
‑
74复合材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1氧化石墨烯溶液的浓度为1 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙立贤，余玉倩，徐芬，康莉，张晨晨，眭清丽，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：