一种Mo-Co-O-ZIF-67/NF纳米催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及电催化，特别涉及一种mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、析氧反应(oer)作为一种重要的半反应，在能源和环境科学领域发挥着不可或缺的作用，尤其是在电催化分解水制氢方面。然而，在水电解过程中，大的反应过电位和阳极的缓慢动力学极大地限制了电能向氢气的转化效率。电催化剂可以加速电极和电解质之间界面的电荷转移，从而加速反应动力学并降低反应过电位。尽管贵金属铱和钌基电催化剂表现出良好的催化性能，但其实际应用面临着成本高和稀缺的困境。

2、目前大多数zif催化剂以粉末状为主，需要使用粘结剂制成电极，同时在合成过程中需要用到一些昂贵的配体、有机溶剂，制备工艺上较为繁琐。这极大地制约了zif应用于大面积工业化电解水。目前实验室合成zif纳米片催化剂的方法均无法进行大面积的zif纳米片催化剂制备。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂的制备方法，可制备大面积的mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂，制备方法简单、无需使用有机溶剂。

2、本发明的另一目的在于提供一种mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂，在大电流下稳定性好。

3、本发明的再一目的在于提供上述mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂的应用，用于碱性电解水的oer反应的催化。

4、本发明的目的通过以下技术方案实现：

5、一种mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：

6、将硝酸钴和钼酸钠溶于去离子水得到溶液a，将二甲基咪唑溶于去离子水中得到溶液b，将溶液a倒入溶液b中混合，得到混合液；

7、将泡沫镍浸泡在混合液中，进行自生长，制备得到含钼元素的mo-co-zif-67/nf；

8、将mo-co-zif-67/nf洗涤、干燥后，在空气条件下，于200℃～500℃进行煅烧，mo-co-zif-67/nf氧化后得到mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂。

9、优选的，所述硝酸钴和钼酸钠的摩尔比为1:(0.1～2)；所述二甲基咪唑与硝酸钴的摩尔比为1:(0.0625～1)。

10、优选的，所述溶液a中硝酸钴的浓度为25-400mmol/l；钼酸钠的浓度为7.5-150mmol/l。

11、优选的，所述溶液b中二甲基咪唑的浓度为400mmol/l。

12、优选的，所述煅烧，具体为：以1～2℃/min的加热速率升温至200℃～500℃，保温3.5～4.5h。

13、优选的，所述泡沫镍为经过以下预处理的泡沫镍：

14、用3m盐酸、无水乙醇、去离子水依次超声处理泡沫镍25～30分钟；在110～130℃的空气环境下干燥10～13h。

15、优选的，所述洗涤，具体为：

16、用去离子水冲洗泡沫镍，重复3～5次。

17、优选的，所述干燥，具体为：

18、在温度50～70℃的条件下，干燥6～8h。

19、一种mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂，由所述的mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂的制备方法制备得到。

20、所述的mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂的应用，用于碱性电解水的oer反应的催化。

21、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

22、(1)本发明的mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂的制备方法，制备大面积的mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂，目前已制备出20*30cm2大小规模的催化剂。

23、(2)本发明的mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂的制备方法，其以具有优良导电性和丰富多孔结构的泡沫镍nf为基底，在其表面通过原位生长含杂原子调控的zif-67纳米片，并通过空气煅烧策略将纳米片氧化并引入更多的氧空位，自生长结构和氧空位的存在都有利于加速反应过程中质子/电子的转移，从而加快反应速率。

24、(3)本发明的mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂的制备方法，操作简单、无需使用有机溶剂。

25、(4)本发明的mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂，在大电流下稳定性好，能很好应用于碱性电解水的oer反应的催化。

技术特征：

1.一种mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂的制备方法，其特征在于，所述硝酸钴和钼酸钠的摩尔比为1:(0.1～2)；所述二甲基咪唑与硝酸钴的摩尔比为1:(0.0625～1)。

3.根据权利要求1或2所述的mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂的制备方法，其特征在于，所述溶液a中硝酸钴的浓度为25-400mmol/l；钼酸钠的浓度为7.5-150mmol/l。

4.根据权利要求1或2所述的mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂的制备方法，其特征在于，所述溶液b中二甲基咪唑的浓度为400mmol/l。

5.根据权利要求1所述的mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂的制备方法，其特征在于，所述煅烧，具体为：以1～2℃/min的加热速率升温至200℃～500℃，保温3.5～4.5h。

6.根据权利要求1所述的mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂的制备方法，其特征在于，所述泡沫镍为经过以下预处理的泡沫镍：

7.根据权利要求1所述的mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂的制备方法，其特征在于，所述洗涤，具体为：

8.根据权利要求1所述的mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂的制备方法，其特征在于，所述干燥，具体为：

9.一种mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂，由权利要求1～8任一项所述的mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂的制备方法制备得到。

10.权利要求9所述的mo-co-o-zif-67/nf纳米催化剂的应用，其特征在于，用于碱性电解水的oer反应的催化。

技术总结本发明公开了一种Mo‑Co‑O‑ZIF‑67/NF纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：将硝酸钴和钼酸钠溶于去离子水得到溶液A，将二甲基咪唑溶于去离子水中得到溶液B，将溶液A倒入溶液B中混合，得到混合液；将泡沫镍浸泡在混合液中，进行自生长、洗涤、干燥后，在空气条件下，于200℃～500℃进行煅烧，Mo‑Co‑ZIF‑67/NF氧化后得到Mo‑Co‑O‑ZIF‑67/NF纳米催化剂。本发明还公开了纳米催化剂及其应用。本发明的制备方法可制备大面积的纳米催化剂，简单、无需使用有机溶剂，制备的纳米催化剂，在大电流下稳定性好，能很好应用于碱性电解水的OER反应的催化。技术研发人员：王子龙,陈良军,雷航,皇甫卓文受保护的技术使用者：暨南大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17