CN110639596A - 一种基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂及其制法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电解水催化剂技术领域，且公开了一种基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂及其制法，包括以下配方原料：硝酸镍、4,4‑偶氮吡啶、4,4'‑二硫二苯甲酸、石墨烯。该一种基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂及其制法，Ni基双有机配体MOFs配合物具有规整的多孔结构和可调节的孔径，通过煅烧碳化法制备出硫镍化合物‑N/S掺杂多孔碳材料，具有的大量催化活性位点，硫镍化合物具有优异的导电性和和较低析氧过电位，硫镍化合物‑N/S掺杂多孔碳材料均匀分散到石墨烯巨大的比表面和孔隙中，避免了催化剂在电解质中团聚，而导致降低催化剂的活性位点的现象，并且与石墨烯的界面之间形成巨大的导电网络，促进了电子的迁移和传输过程。
Description
技术领域
本发明涉及电解水催化剂技术领域，具体为一种基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂及其制法。
背景技术
随着化石能源的日益枯竭和环境污染问题的日益严峻，能源和环境问题已经成为人类社会可持续发展最主要问题，从化石燃料逐步转向利用可持续发展无污染的清洁能源是发展的必然趋势，氢气是一种理想的资源丰富的清洁能源，广泛应用于氢动力汽车、氢能发电、磷酸盐型燃料电池、融熔碳酸盐型燃料等方面，电解水产氢是实现工业化、廉价制备氢气的重要手段。
目前由于电解水产氢在技术上并不完备，而不能实现商业化规模化电解水制，电解水产氢是在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子分别在正负两个电极上发生电化学氧化还原反应，将水分解成氢气和氧气，分为析氢反应和析氧反应，其中析氧反应过程由于动力学因素的制约难以快速实现析氧过程，抑制了电解水产氢的过程，目前主要是通过加入贵金属催化剂如IrO2和RuO2等促进析氧反应的发生，但是贵金属含量稀少、获取困难、价格昂贵，大大增加了电解水产氢的成本，非贵金属催化剂如硫化物、过渡金属氧化物等成本较低，并且具有较低的析氧过电位，在电解水产氢技术中具有潜在的应用前景，但是非贵金属催化剂容易团聚，降低了催化剂的活性位点，并且导电性能较差，大大降低了催化剂的实用性。
金属有机框架MDFs材料可以通过热分解碳化法来制备杂原子掺杂多孔碳材料来负载催化剂，MOFs衍生催化剂在电化学能量转换以及电催化产氢方面由于潜在的应用价值，现在的MOF衍生的碳催化剂主要有使用MOFs作为前驱体的直接碳化方法；MOFs-杂原子源混合物碳化方法；MOF复合物的碳化方法等，但是这类催化剂电催化性能不高，在电解质中的稳定性较差，并且容易发生团聚形成大颗粒复合物，降低了电催化剂的比表面积和活性位点。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂及其制法，解决了现有电催化剂的催化性能较低的问题，同时解决了催化剂在电解质中的稳定性较差，并且容易发生团聚形成大颗粒复合物的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料：30-38份硝酸镍、16-20份4,4-偶氮吡啶、12-20份4,4'-二硫二苯甲酸、22-42份石墨烯、制法包括以及以下实验药品：蒸馏水、N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇、稀盐酸。
优选的，所述硝酸镍为Ni(NO3)2·6H2O。
优选的，所述4,4-偶氮吡啶和4,4'-二硫二苯甲酸均为化学分析纯。
优选的，所述石墨烯为单层石墨烯粉末，片径为0.5-5um，厚度为0.8-1.2nm。
优选的，所述基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中搭载回流装置，并通入高纯N2排除空气，然后依次加入适量的蒸馏水和30-38份硝酸镍Ni(NO3)2·6H2O，搅拌至固体溶解，再依次加入N,N-二甲基甲酰胺、16-20份4,4-偶氮吡啶和12-20份4,4'-二硫二苯甲酸，将反应瓶置于油浴锅中，加热至155-165℃，在N2氛围下匀速搅拌加热回流反应，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应过程，当4,4'-二硫二苯甲酸完全反应并有大量淡黄色固体生产时，将溶液冷却至室温并过滤除去N,N-二甲基甲酰胺，得到的淡黄色固体依次使用适量的蒸馏水和无水乙醇洗涤，并充分干燥，得到镍基双有机配体MOFs。
(2)向反应瓶中加入适量的蒸馏水，再加入22-42份石墨烯和上述步骤(1)制得的镍基双有机配体MOFs，搅拌均匀后将溶液转移进水热合成反应釜中，并置于反应釜加热箱中加热至120-130℃，进行活化反应4-8h，反应结束后将溶液通过高速离心机除去蒸馏水，并将固体产物充分干燥，得到镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物。
(3)向气氛电阻炉中通高纯N2，再加入上述步骤(2)制得的镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物，气氛电阻炉升温速率为5-10℃/min，升至820-850℃，保持温度煅烧4-6h，然后将煅烧产物冷却至室温，并依次使用适量的稀盐酸和蒸馏水洗涤，并充分干燥，得到杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料。
(4)将上述步骤(3)制得的杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料加入至高能行星球磨机中，并加入少量的无水乙醇，球磨机公转转速为40-60rpm，自转转速为580-620rpm，进行球磨直至物料通过800目网筛，将物料通过高速离心机中，进行离心分离除去无水乙醇，将固体物充分干燥，制备得到基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
该一种基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂及其制法，使用4,4-偶氮吡啶和4,4'-二硫二苯甲酸作为有机配体，合成出Ni基双有机配体MOFs配合物，其具有规整的多孔结构、可调节的孔径以及结晶度良好的优点，可以掺杂高度分散的杂原子来调节催化剂的局部电子结构，通过煅烧碳化法制备出硫镍化合物-N/S掺杂多孔碳材料，可以促进电解过程中电子在催化剂和电解质之间的传输速率，以及大量催化活性位点的形成，硫镍化合物具有优异的导电性和和较低析氧过电位，使其拥有良好的电催化析氧性能，通过水热合成活化法使硫镍化合物-N/S掺杂多孔碳材料均匀分散到石墨烯巨大的比表面和孔隙中，避免了催化剂在电解质中团聚，而导致降低催化剂的活性位点的现象，并且硫镍化合物-N/S掺杂多孔碳材料与石墨烯的界面之间形成巨大的导电网络，促进了电子的迁移和传输过程，从而提高了催化剂的电催化性能。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料：30-38份硝酸镍、16-20份4,4-偶氮吡啶、12-20份4,4'-二硫二苯甲酸、22-42份石墨烯、制法包括以及以下实验药品：蒸馏水、N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇、稀盐酸，硝酸镍为Ni(NO3)2·6H2O，4,4-偶氮吡啶和4,4'-二硫二苯甲酸均为化学分析纯，石墨烯为单层石墨烯粉末，片径为0.5-5um，厚度为0.8-1.2nm。
一种基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中搭载回流装置，并通入高纯N2排除空气，然后依次加入适量的蒸馏水和30-38份硝酸镍Ni(NO3)2·6H2O，搅拌至固体溶解，再依次加入N,N-二甲基甲酰胺、16-20份4,4-偶氮吡啶和12-20份4,4'-二硫二苯甲酸，将反应瓶置于油浴锅中，加热至155-165℃，在N2氛围下匀速搅拌加热回流反应，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应过程，当4,4'-二硫二苯甲酸完全反应并有大量淡黄色固体生产时，将溶液冷却至室温并过滤除去N,N-二甲基甲酰胺，得到的淡黄色固体依次使用适量的蒸馏水和无水乙醇洗涤，并充分干燥，得到镍基双有机配体MOFs。
(2)向反应瓶中加入适量的蒸馏水，再加入22-42份石墨烯和上述步骤(1)制得的镍基双有机配体MOFs，搅拌均匀后将溶液转移进水热合成反应釜中，并置于反应釜加热箱中加热至120-130℃，进行活化反应4-8h，反应结束后将溶液通过高速离心机除去蒸馏水，并将固体产物充分干燥，得到镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物。
(3)向气氛电阻炉中通高纯N2，再加入上述步骤(2)制得的镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物，气氛电阻炉升温速率为5-10℃/min，升至820-850℃，保持温度煅烧4-6h，然后将煅烧产物冷却至室温，并依次使用适量的稀盐酸和蒸馏水洗涤，并充分干燥，得到杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料。
(4)将上述步骤(3)制得的杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料加入至高能行星球磨机中，并加入少量的无水乙醇，球磨机公转转速为40-60rpm，自转转速为580-620rpm，进行球磨直至物料通过800目网筛，将物料通过高速离心机中，进行离心分离除去无水乙醇，将固体物充分干燥，制备得到基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂。
实施例1：
(1)制备镍基双有机配体MOFs：向反应瓶中搭载回流装置，并通入高纯N2排除空气，然后依次加入适量的蒸馏水和30份硝酸镍Ni(NO3)2·6H2O，搅拌至固体溶解，再依次加入N,N-二甲基甲酰胺、16份4,4-偶氮吡啶和12份4,4'-二硫二苯甲酸，将反应瓶置于油浴锅中，加热至155℃，在N2氛围下匀速搅拌加热回流反应，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应过程，当4,4'-二硫二苯甲酸完全反应并有大量淡黄色固体生产时，将溶液冷却至室温并过滤除去N,N-二甲基甲酰胺，得到的淡黄色固体依次使用适量的蒸馏水和无水乙醇洗涤，并充分干燥，得到镍基双有机配体MOFs配合物1。
(2)制备镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物：向反应瓶中加入适量的蒸馏水，再加入42份石墨烯和上述步骤(1)制得的镍基双有机配体MOFs配合物1，搅拌均匀后将溶液转移进水热合成反应釜中，并置于反应釜加热箱中加热至120℃，进行活化反应4h，反应结束后将溶液通过高速离心机除去蒸馏水，并将固体产物充分干燥，得到镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物1。
(3)制备杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料：向气氛电阻炉中通高纯N2，再加入上述步骤(2)制得的镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物1，气氛电阻炉升温速率为5℃/min，升至820℃，保持温度煅烧4h，然后将煅烧产物冷却至室温，并依次使用适量的稀盐酸和蒸馏水洗涤，并充分干燥，得到杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料1。
(4)制备基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂：将上述步骤(3)制得的杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料1加入至高能行星球磨机中，并加入少量的无水乙醇，球磨机公转转速为40rpm，自转转速为580rpm，进行球磨直至物料通过800目网筛，将物料通过高速离心机中，进行离心分离除去无水乙醇，将固体物充分干燥，制备得到基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂材料1。
实施例2：
(1)制备镍基双有机配体MOFs：向反应瓶中搭载回流装置，并通入高纯N2排除空气，然后依次加入适量的蒸馏水和31份硝酸镍Ni(NO3)2·6H2O，搅拌至固体溶解，再依次加入N,N-二甲基甲酰胺、17份4,4-偶氮吡啶和14份4,4'-二硫二苯甲酸，将反应瓶置于油浴锅中，加热至155℃，在N2氛围下匀速搅拌加热回流反应，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应过程，当4,4'-二硫二苯甲酸完全反应并有大量淡黄色固体生产时，将溶液冷却至室温并过滤除去N,N-二甲基甲酰胺，得到的淡黄色固体依次使用适量的蒸馏水和无水乙醇洗涤，并充分干燥，得到镍基双有机配体MOFs配合物2。
(2)制备镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物：向反应瓶中加入适量的蒸馏水，再加入38份石墨烯和上述步骤(1)制得的镍基双有机配体MOFs配合物2，搅拌均匀后将溶液转移进水热合成反应釜中，并置于反应釜加热箱中加热至125℃，进行活化反应5h，反应结束后将溶液通过高速离心机除去蒸馏水，并将固体产物充分干燥，得到镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物2。
(3)制备杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料：向气氛电阻炉中通高纯N2，再加入上述步骤(2)制得的镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物2，气氛电阻炉升温速率为5℃/min，升至830℃，保持温度煅烧4h，然后将煅烧产物冷却至室温，并依次使用适量的稀盐酸和蒸馏水洗涤，并充分干燥，得到杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料2。
(4)制备基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂：将上述步骤(3)制得的杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料2加入至高能行星球磨机中，并加入少量的无水乙醇，球磨机公转转速为45rpm，自转转速为590rpm，进行球磨直至物料通过800目网筛，将物料通过高速离心机中，进行离心分离除去无水乙醇，将固体物充分干燥，制备得到基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂材料2。
实施例3：
(1)制备镍基双有机配体MOFs：向反应瓶中搭载回流装置，并通入高纯N2排除空气，然后依次加入适量的蒸馏水和34份硝酸镍Ni(NO3)2·6H2O，搅拌至固体溶解，再依次加入N,N-二甲基甲酰胺、18份4,4-偶氮吡啶和16份4,4'-二硫二苯甲酸，将反应瓶置于油浴锅中，加热至160℃，在N2氛围下匀速搅拌加热回流反应，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应过程，当4,4'-二硫二苯甲酸完全反应并有大量淡黄色固体生产时，将溶液冷却至室温并过滤除去N,N-二甲基甲酰胺，得到的淡黄色固体依次使用适量的蒸馏水和无水乙醇洗涤，并充分干燥，得到镍基双有机配体MOFs配合物3。
(2)制备镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物：向反应瓶中加入适量的蒸馏水，再加入32份石墨烯和上述步骤(1)制得的镍基双有机配体MOFs配合物3，搅拌均匀后将溶液转移进水热合成反应釜中，并置于反应釜加热箱中加热至125℃，进行活化反应6h，反应结束后将溶液通过高速离心机除去蒸馏水，并将固体产物充分干燥，得到镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物3。
(3)制备杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料：向气氛电阻炉中通高纯N2，再加入上述步骤(2)制得的镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物3，气氛电阻炉升温速率为8℃/min，升至830℃，保持温度煅烧5h，然后将煅烧产物冷却至室温，并依次使用适量的稀盐酸和蒸馏水洗涤，并充分干燥，得到杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料3。
(4)制备基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂：将上述步骤(3)制得的杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料3加入至高能行星球磨机中，并加入少量的无水乙醇，球磨机公转转速为50rpm，自转转速为600rpm，进行球磨直至物料通过800目网筛，将物料通过高速离心机中，进行离心分离除去无水乙醇，将固体物充分干燥，制备得到基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂材料3。
实施例4：
(1)制备镍基双有机配体MOFs：向反应瓶中搭载回流装置，并通入高纯N2排除空气，然后依次加入适量的蒸馏水和36份硝酸镍Ni(NO3)2·6H2O，搅拌至固体溶解，再依次加入N,N-二甲基甲酰胺、18份4,4-偶氮吡啶和17份4,4'-二硫二苯甲酸，将反应瓶置于油浴锅中，加热至160℃，在N2氛围下匀速搅拌加热回流反应，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应过程，当4,4'-二硫二苯甲酸完全反应并有大量淡黄色固体生产时，将溶液冷却至室温并过滤除去N,N-二甲基甲酰胺，得到的淡黄色固体依次使用适量的蒸馏水和无水乙醇洗涤，并充分干燥，得到镍基双有机配体MOFs配合物4。
(2)制备镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物：向反应瓶中加入适量的蒸馏水，再加入29份石墨烯和上述步骤(1)制得的镍基双有机配体MOFs配合物4，搅拌均匀后将溶液转移进水热合成反应釜中，并置于反应釜加热箱中加热至125℃，进行活化反应6h，反应结束后将溶液通过高速离心机除去蒸馏水，并将固体产物充分干燥，得到镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物4。
(3)制备杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料：向气氛电阻炉中通高纯N2，再加入上述步骤(2)制得的镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物4，气氛电阻炉升温速率为8℃/min，升至840℃，保持温度煅烧5h，然后将煅烧产物冷却至室温，并依次使用适量的稀盐酸和蒸馏水洗涤，并充分干燥，得到杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料4。
(4)制备基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂：将上述步骤(3)制得的杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料4加入至高能行星球磨机中，并加入少量的无水乙醇，球磨机公转转速为60rpm，自转转速为620rpm，进行球磨直至物料通过800目网筛，将物料通过高速离心机中，进行离心分离除去无水乙醇，将固体物充分干燥，制备得到基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂材料4。
实施例5：
(1)制备镍基双有机配体MOFs：向反应瓶中搭载回流装置，并通入高纯N2排除空气，然后依次加入适量的蒸馏水和38份硝酸镍Ni(NO3)2·6H2O，搅拌至固体溶解，再依次加入N,N-二甲基甲酰胺、20份4,4-偶氮吡啶和20份4,4'-二硫二苯甲酸，将反应瓶置于油浴锅中，加热至165℃，在N2氛围下匀速搅拌加热回流反应，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应过程，当4,4'-二硫二苯甲酸完全反应并有大量淡黄色固体生产时，将溶液冷却至室温并过滤除去N,N-二甲基甲酰胺，得到的淡黄色固体依次使用适量的蒸馏水和无水乙醇洗涤，并充分干燥，得到镍基双有机配体MOFs配合物5。
(2)制备镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物：向反应瓶中加入适量的蒸馏水，再加入22份石墨烯和上述步骤(1)制得的镍基双有机配体MOFs配合物5，搅拌均匀后将溶液转移进水热合成反应釜中，并置于反应釜加热箱中加热至130℃，进行活化反应8h，反应结束后将溶液通过高速离心机除去蒸馏水，并将固体产物充分干燥，得到镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物5。
(3)制备杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料：向气氛电阻炉中通高纯N2，再加入上述步骤(2)制得的镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物5，气氛电阻炉升温速率为10℃/min，升至850℃，保持温度煅烧6h，然后将煅烧产物冷却至室温，并依次使用适量的稀盐酸和蒸馏水洗涤，并充分干燥，得到杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料5。
(4)制备基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂：将上述步骤(3)制得的杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料5加入至高能行星球磨机中，并加入少量的无水乙醇，球磨机公转转速为60rpm，自转转速为620rpm，进行球磨直至物料通过800目网筛，将物料通过高速离心机中，进行离心分离除去无水乙醇，将固体物充分干燥，制备得到基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂材料5。
综上所述，该一种基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂及其制法，使用4,4-偶氮吡啶和4,4'-二硫二苯甲酸作为有机配体，合成出Ni基双有机配体MOFs配合物，其具有规整的多孔结构、可调节的孔径以及结晶度良好的优点，可以掺杂高度分散的杂原子来调节催化剂的局部电子结构，通过煅烧碳化法制备出硫镍化合物-N/S掺杂多孔碳材料，可以促进电解过程中电子在催化剂和电解质之间的传输速率，以及大量催化活性位点的形成，硫镍化合物具有优异的导电性和和较低析氧过电位，使其拥有良好的电催化析氧性能，通过水热合成活化法使硫镍化合物-N/S掺杂多孔碳材料均匀分散到石墨烯巨大的比表面和孔隙中，避免了催化剂在电解质中团聚，而导致降低催化剂的活性位点的现象，并且硫镍化合物-N/S掺杂多孔碳材料与石墨烯的界面之间形成巨大的导电网络，促进了电子的迁移和传输过程，从而提高了催化剂的电催化性能。
Claims (5)
1.一种基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料，其特征在于：30-38份硝酸镍、16-20份4,4-偶氮吡啶、12-20份4,4'-二硫二苯甲酸、22-42份石墨烯、制法包括以及以下实验药品：蒸馏水、N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇、稀盐酸。
2.根据权利要求1所述的一种基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂及其制法，其特征在于：所述硝酸镍为Ni(NO3)2·6H2O。
3.根据权利要求1所述的一种基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂及其制法，其特征在于：所述4,4-偶氮吡啶和4,4'-二硫二苯甲酸均为化学分析纯。
4.根据权利要求1所述的一种基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂及其制法，其特征在于：所述石墨烯为单层石墨烯粉末，片径为0.5-5um，厚度为0.8-1.2nm。
5.根据权利要求2所述的一种基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂及其制法，其特征在于：所述基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中搭载回流装置，并通入高纯N2排除空气，然后依次加入适量的蒸馏水和30-38份硝酸镍Ni(NO3)2·6H2O，搅拌至固体溶解，再依次加入N,N-二甲基甲酰胺、16-20份4,4-偶氮吡啶和12-20份4,4'-二硫二苯甲酸，将反应瓶置于油浴锅中，加热至155-165℃，在N2氛围下匀速搅拌加热回流反应，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应过程，当4,4'-二硫二苯甲酸完全反应并有大量淡黄色固体生产时，将溶液冷却至室温并过滤除去N,N-二甲基甲酰胺，得到的淡黄色固体依次使用适量的蒸馏水和无水乙醇洗涤，并充分干燥，得到镍基双有机配体MOFs。
(2)向反应瓶中加入适量的蒸馏水，再加入22-42份石墨烯和上述步骤(1)制得的镍基双有机配体MOFs，搅拌均匀后将溶液转移进水热合成反应釜中，并置于反应釜加热箱中加热至120-130℃，进行活化反应4-8h，反应结束后将溶液通过高速离心机除去蒸馏水，并将固体产物充分干燥，得到镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物。
(3)向气氛电阻炉中通高纯N2，再加入上述步骤(2)制得的镍基双有机配体MOFs负载石墨烯复合物，气氛电阻炉升温速率为5-10℃/min，升至820-850℃，保持温度煅烧4-6h，然后将煅烧产物冷却至室温，并依次使用适量的稀盐酸和蒸馏水洗涤，并充分干燥，得到杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料。
(4)将上述步骤(3)制得的杂原子N/S掺杂多孔碳负载石墨烯材料加入至高能行星球磨机中，并加入少量的无水乙醇，球磨机公转转速为40-60rpm，自转转速为580-620rpm，进行球磨直至物料通过800目网筛，将物料通过高速离心机中，进行离心分离除去无水乙醇，将固体物充分干燥，制备得到基于MOFs的杂原子掺杂多孔碳的电催化剂。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111468164A (zh) * | 2020-05-22 | 2020-07-31 | 青岛品泰新材料技术有限责任公司 | 一种氮掺杂纳米ZnS/石墨烯光催化材料的制备方法及应用 |
| CN112191273A (zh) * | 2020-10-12 | 2021-01-08 | 中国科学技术大学 | 一种用于电解水制氧的高熵配位聚合物催化剂及其制备方法和应用 |
| CN114685809A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-07-01 | 黄金 | 一种镍基金属配合物、电催化剂及镍基金属配合物的制备方法 |
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2019
- 2019-10-28 CN CN201911029973.7A patent/CN110639596A/zh active Pending
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