一种含氮和硫钴基金属有机框架纳米片双功能电解水催化剂的制备方法

本发明属于双功能her/oer电解水催化剂的制备，具体涉及一种含氮和硫钴基金属有机框架纳米片（n-s-co-mof-nps）双功能电解水催化剂的制备方法。

背景技术：

1、工业的迅速发展导致能源匮乏和环境污染问题日益严重。目前能源消耗以不可再生的化石燃料（如煤、石油和天然气等）为主，而它们的燃烧常引发大气环境污染。因此，开发清洁可再生的新型绿色能源，解决能源和环境面临的问题具有重要意义。

2、可再生燃料电池、可充电金属-空气电池和电解水装置是目前新型绿色能源研究的热点，其中电解水装置具有工艺简单、成本低廉和绿色环保等优点。电解水装置是将水裂解为氢气和氧气，其基本装置是电解槽，由阴极、阳极和电解质组成。阴极上发生her，阳极上发生oer，然而her/oer的缓慢动力学严重阻碍了电解水装置的发展。目前，pt基材料被公认为最有效的her催化剂，ir（或ru）基材料是最有效的oer催化剂。但这些贵金属催化剂成本高、储量少、稳定性差且不能同时具有较好的her/oer性能，因此，开发低成本、高效、具有her/oer活性的双功能非贵金属催化剂至关重要。

3、金属有机框架（mofs）是由金属离子或团簇与有机配体结合而成，具有结构可调、高孔隙率、高比表面积等优点，被广泛用作her和（或）oer催化剂。mofs的结构会影响其表面积，从而影响活性中心密度，进而影响其性能。相比于一维结构，二维纳米片具有较大的比表面积、丰富的催化位点和较高的电化学性能。本发明将mofs与二维纳米片的结构优势相结合，提供了一种原料易得、工艺简单且成本低廉的制备n-s-co-mof-nps双功能her/oer催化剂的方法，目前尚没有该方面的相关报道。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是提供了一种原料易得、工艺简单且成本低廉的含氮和硫钴基金属有机框架纳米片双功能电解水催化剂的制备方法，该方法将mofs与二维纳米片的结构优势相结合，最终制得n-s-co-mof-nps双功能her/oer催化剂。

2、本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种含氮和硫钴基金属有机框架纳米片双功能电解水催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：

3、步骤s1：向反应容器中依次加入co(ch3coo)2·4h2o、2,5-噻吩二羧酸和双咪唑丁烷，再加入 n, n-二甲基甲酰胺和去离子水，超声分散得到溶液i；

4、步骤s2：将溶液i转移至含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，于100~120℃反应得到含有粗品的溶液ii；

5、步骤s3：将含有粗品的溶液ii进行抽滤、洗涤后干燥得到n-s-co-mof-nps，该n-s-co-mof-nps同时具有her活性和oer活性，能够作为双功能her/oer催化剂。

6、进一步限定，步骤s2中反应温度为110℃。

7、进一步限定，步骤s3中干燥温度为40℃。

8、本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：本发明通过一步溶剂热法制得的n-s-co-mof-nps形貌可控，合成简便，价格低廉，具有较高的her/oer活性及催化稳定性。

技术特征：

1.一种含氮和硫钴基金属有机框架纳米片双功能电解水催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：

2.根据权利要求1所述的含氮和硫钴基金属有机框架纳米片双功能电解水催化剂的制备方法，其特征在于：步骤s2中反应温度为110℃。

3.根据权利要求1所述的含氮和硫钴基金属有机框架纳米片双功能电解水催化剂的制备方法，其特征在于步骤s3中干燥温度为40℃。

技术总结
本发明公开了一种含氮和硫钴基金属有机框架纳米片双功能电解水催化剂的制备方法，其具体步骤为：向反应容器中依次加入Co(CH<subgt;3</subgt;COO)<subgt;2</subgt;·4H<subgt;2</subgt;O、2,5‑噻吩二羧酸和双咪唑丁烷，再加入N,N‑二甲基甲酰胺和去离子水，超声分散得到溶液I；将溶液I于100~120℃水热反应得到含有粗品的溶液II；抽滤、洗涤后干燥得到N‑S‑Co‑MOF‑NPs，该N‑S‑Co‑MOF‑NPs同时具有HER活性和OER活性，能够作为双功能HER/OER催化剂。本发明通过一步溶剂热法制得的N‑S‑Co‑MOF‑NPs形貌可控，合成简便，价格低廉，具有较高的HER/OER活性及催化稳定性。

技术研发人员：晁淑军,李瑞晨,周平鑫,耿明江,袁建梅
受保护的技术使用者：新乡医学院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17