申请/专利权人：重庆师范大学

申请日：2022-07-12

公开（公告）日：2023-10-27

公开（公告）号：CN115074773B

主分类号：C25B11/091

分类号：C25B11/091;C25B1/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.10.27#授权;2022.10.11#实质审查的生效;2022.09.20#公开

摘要：本发明公开了一种三明治状MxCo9‑xSe8@NC核壳纳米立方盒电催化剂及其制备与应用。本发明采用两种沸石型金属有机框架材料，通过外延生长机理设计出核壳结构的复合前驱体ZIF‑67@M‑MOF，并经高温热处理原位碳化得到三明治状双层N掺杂碳膜包覆MCo合金纳米颗粒的空心纳米立方盒MCo@NC，然后利用化学气相沉积法将其转化为三明治状MxCo9‑xSe8@NC空心纳米立方盒；通过调控前驱体的壳层厚度和原料配比，调节MCo比例，制备一系列形貌独特、成分新颖、性能优异的电催化剂。本发明制备工艺简单、耗时短、成本低，解决了现有核壳结构复合催化剂制备复杂、活性位点有限、稳定性低等缺点，所制得的电催化剂可应用于近中性水电解槽催化制氢。

主权项：1.一种三明治状MxCo9-xSe8@NC核壳纳米立方盒电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1制备ZIF-67纳米立方体前驱体：以Co2+为中心金属离子，采用咪唑类有机配体，通过液相扩散法合成ZIF-67纳米立方体前驱体，包括：在可溶性无机钴盐溶液中加入表面活性剂，制成混合溶液A，将咪唑类有机配体溶于溶剂中配制成溶液B，将混合溶液A注入溶液B中，室温下搅拌反应20～60min，反应结束后离心洗涤产品，将所得产物烘干、研磨获得ZIF-67纳米立方体前驱体粉末；所述可溶性无机钴盐与咪唑类有机配体的摩尔比为1:40～60；2制备ZIF-67@M-MOF核壳结构复合前驱体：以M金属离子为金属节点，根据电荷平衡原理和无机分子筛的结构特点，与咪唑类有机配体在有机溶剂中进行组装，同时加入ZIF-67纳米立方体前驱体作为结构导向模板，制备得到ZIF-67@M-MOF核壳结构复合前驱体，包括：将ZIF-67纳米立方体前驱体粉末超声分散于有机溶剂中，得到悬浊液C；取M金属的可溶性无机盐溶于有机溶剂中，搅拌使之溶解形成溶液D；将咪唑类有机配体溶于有机溶剂中，形成溶液E；将溶液D倒入溶液C中，形成混合溶液，搅拌均匀后，再向其中注入溶液E，并于室温下搅拌反应，搅拌速率为800～1000rpmmin，反应温度为10～30℃，反应时间为20～24h；反应结束后离心洗涤产品，将所得产物烘干、研磨得到ZIF-67@M-MOF核壳结构复合前驱体；所述M金属选自Cu、Fe、Cr、Zn中的至少一种；ZIF-67纳米立方体前驱体粉末、M金属的可溶性无机铜盐与咪唑类有机配体的用量比为100～300:5～8:50～200gmolmol；3制备三明治状MCo@NC空心纳米立方盒中间体：在保护气体气氛下，将ZIF-67@M-MOF核壳结构复合前驱体进行高温热处理，高温热处理的退火温度控制在600～900℃，经高温热处理后，内部ZIF-67中的有机配体原位碳化形成N掺杂碳纳米立方盒空心骨架，M-MOF外壳碳化形成N掺杂的碳膜覆盖在空心骨架表面，同时，内部Co2+和外壳中的M金属离子被有机配体衍生的碳材料还原成纳米颗粒，经高温热扩散M原子掺杂到Co纳米颗粒中形成MCo合金纳米颗粒，镶嵌在内外两层碳膜中，形成三明治状N掺杂碳膜包覆MCo合金纳米颗粒的空心纳米立方盒中间体，即MCo@NC空心纳米立方盒中间体；4制备三明治状MxCo9-xSe8@NC核壳结构纳米立方盒：在保护气体中，将三明治状MCo@NC空心纳米立方盒中间体、硒粉按照1:1～4的质量比进行高温处理，高温处理时退火温度控制在500～700℃，通过化学气相沉积法使MCo合金纳米颗粒发生硒化反应转化为MxCo9-xSe8纳米颗粒，得到三明治状MxCo9-xSe8@NC核壳结构纳米立方盒电催化剂。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 重庆师范大学 一种三明治状M_xCo_9-xSe₈@NC核壳纳米立方盒电催化剂及其制备与应用

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