基于金屬有機(jī)框架化合物析氫電催化劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于金屬有機(jī)框架化合物析氫電催化劑的制備方法，特別涉及一種Cu-M0F@Naf1n析氫催化劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2011-2014年，中國國內(nèi)生產(chǎn)總值年均增長8.0%，由高速增長轉(zhuǎn)為中高速增長。分年度看，2011年比上年增長9.5%，2012、2013年均增長7.7%, 2014年增長7.3%，2015年上半年增長7.0%。我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，工業(yè)水平不斷提高，然而在這一過程中也出現(xiàn)了一系列的社會(huì)與環(huán)境問題，其中能源危機(jī)與環(huán)境污染顯得尤為嚴(yán)重。為解決這個(gè)問題人們越來越關(guān)注清潔能源的發(fā)展，例如風(fēng)能，太陽能等，其中氫能因?yàn)槠淙紵矢?，儲量豐富，無污染物排放，是目前最有前景的能源之一。
[0003]近年來儲氫技術(shù)與新材料得到了極大地發(fā)展，氫能也在多種工業(yè)中發(fā)揮著更重要的作用。氫能的迅速獲取主要得益于氫氣能被大量快速的制備，電解水是氫氣制備的最常用方法之一，其過程簡單，無污染，電解效率高達(dá)80%且產(chǎn)物純度高，使其得到了應(yīng)用與發(fā)展。然而，在商業(yè)上氫能的應(yīng)用還是受到很大的限制，這主要是由于析氫反應(yīng)中超電勢造成的高能耗，導(dǎo)致了制氫成本偏高，因此制備高效、低廉的電催化劑迅速成為近幾年廣為關(guān)注的研究熱點(diǎn)。
[0004]析氫催化劑不僅要求材料具有較高的電催化活性，而且材料須具有穩(wěn)定性。通常使用鉑、鈀、金等貴金屬作為實(shí)驗(yàn)室用析氫催化劑，由于該類金屬經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高，且地球儲量較少，限制其商業(yè)化發(fā)展。
[0005]開發(fā)替代貴金屬的析氫電催化劑的關(guān)鍵之一是尋找合適的經(jīng)濟(jì)的材料，使析氫催化劑具有較高的催化活性和穩(wěn)定性，以保證析氫催化劑的析氫效率、穩(wěn)定性和長循環(huán)壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于金屬有機(jī)框架化合物析氫電催化劑的制備方法，制備的Cu-MOF觀af 1n析氫催化劑能夠提高析氫反應(yīng)的效率，并且循環(huán)壽命長。
[0007]本發(fā)明的Cu-MOF觀af1n析氫催化劑的制備方法，包括以下步驟:
1)將乙酸銅水合物Cu(0Ac)2H20溶于乙酸制備乙酸銅溶液；
2)將均苯三甲酸(H3BTC)顆粒溶于無水乙醇制備均苯三甲酸溶液；
3)將均苯三甲酸溶液轉(zhuǎn)移至乙酸銅溶液混合；
4)將混合溶液進(jìn)行超聲操作；
5)將混合溶液置入離心管離心操作并活化處理；
6)活化處理后將離心產(chǎn)物置于烘箱干燥處理；
7)將樣品與有機(jī)溶劑按比例混合后得到Cu-M0F@Naf1n析氫催化劑。
[0008]進(jìn)一步，所述步驟1)中，銅源為乙酸銅，將乙酸銅水合物溶于乙酸制備乙酸銅溶液。
[0009]進(jìn)一步，所述步驟3)中，Cu-MOF粉末用溶劑熱法制備，乙酸銅是強(qiáng)堿弱酸鹽，在溶液中呈弱堿性。與均苯三甲酸混合瞬間就能脫去均苯三甲酸的質(zhì)子，反應(yīng)迅速。
[0010]進(jìn)一步，所述步驟4)中，超聲功率為80%，超聲時(shí)間為1小時(shí)。
[0011]進(jìn)一步，所述步驟5)中，離心速度為12000rpm，離心時(shí)間為1分鐘，并使用乙醇和丙酮進(jìn)行活化。
[0012]進(jìn)一步，所述步驟6)中，先加熱溫度為80°C，加熱時(shí)間為2小時(shí)；后加熱溫度升至100°C，加熱時(shí)間為1小時(shí)。
[0013]進(jìn)一步，所述步驟7)中，Cu_M0F/Naf1n/C2H50H三種材料的比例依次為1:10:1.5(mg/μL/mL)。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明利用溶劑熱的方法混合乙酸銅溶液和均苯三甲酸溶液制備Cu-MOF，并且利用了超聲輔助的方法，有效提高了 Cu-MOF的有序孔結(jié)構(gòu)程度從而使其具有良好傳輸質(zhì)子的獨(dú)特物理性質(zhì)，然后使用離心、活化等操作，去除雜質(zhì)分子的同時(shí)提高Cu-MOF的結(jié)晶化程度，Cu-MOF與Naf1n形成具有導(dǎo)電性的復(fù)合材料，因此將其作為析氫催化劑，不但可以提高析氫反應(yīng)的析氫效率，而且可以大大地延長循環(huán)使用壽命；本發(fā)明制備的Cu-MOFONaf1n析氫催化劑具有較高的催化活性和穩(wěn)定性，以保證析氫催化劑的析氫效率、穩(wěn)定性和長循環(huán)壽命，能夠用于常規(guī)條件下的析氫反應(yīng)。
【附圖說明】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中:
圖1為實(shí)施例1和比較例1制備得到的Cu-MOF的XRD圖；
圖2為實(shí)施例1和比較例1制備得到的Cu-MOF的TG圖；
圖3為實(shí)施例1和比較例1制備得到的Cu-MOF的BET曲線及粒徑分布圖；
圖4為實(shí)施例1和比較例1制備得到的Cu-MOF觀af 1n析氫催化劑的SEM及截面圖； 圖5為實(shí)施例1和比較例1、比較例2制備得到的Cu-MOFONaf1n析氫催化劑的CV曲線；
圖6為實(shí)施例1和比較例1、比較例2制備得到的Cu-MOFONaf1n與GCE析氫催化劑的LSV曲線；
圖7為實(shí)施例1和比較例1、比較例2制備得到的Cu-MOFONaf1n與GCE析氫催化劑的Tafel曲線；
圖8為實(shí)施例1和比較例1制備得到的Cu-MOFONaf1n析氫催化劑的穩(wěn)定性CV曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0017]實(shí)施例1
實(shí)施例1的Cu-M0F@Naf1n析氫催化劑的制備方法，包括以下步驟:
1)將乙酸銅水合物Cu(0Ac)2H20溶于乙酸制備乙酸銅溶液；
2)將均苯三甲酸(H3BTC)顆粒溶于無水乙醇制備均苯三甲酸溶液；
3)將均苯三甲酸溶液轉(zhuǎn)移至乙酸銅溶液混合； 4)將混合溶液進(jìn)行超聲操作；
5)將混合溶液置入離心管離心操作并活化處理；
6)活化處理后將離心產(chǎn)物置于烘箱干燥處理；
7)將樣品與有機(jī)溶劑按比例混合后得到Cu-MOF@Naf1n析氫催化劑。
[0018]比較例1
比較例1的Cu-M0F@Naf1n析氫催化劑的制備方法，包括以下步驟:
1)將乙酸銅水合物Cu(0Ac)2H20溶于乙酸制備乙酸銅溶液；
2)將均苯三甲酸(H3BTC)顆粒溶于無水乙醇制備均苯三甲酸溶液；
3)將均苯三甲酸溶液轉(zhuǎn)移至乙酸銅溶液混合；
4)將混合溶液進(jìn)行超聲操作；
5)將混合溶液置入離心管離心操作；
6)將離心產(chǎn)物置于烘箱干燥處理；
7)將樣品與有機(jī)溶劑按比例混合后得到Cu-M0F@Naf1n析氫催化劑。
[0019]比較例2
比較例2做空白對照，僅是用于電化學(xué)測試對照。
[0020]圖1為實(shí)施例1和比較例1制備得到的Cu-MOF的XRD圖，如圖1所示，可以看