掺杂贵金属的Ni-MOF/NF阴极催化电极及其应用

本发明属于催化电极的制备，具体涉及一种掺杂贵金属的ni-mof/nf阴极催化电极及其应用。

背景技术：

1、电化学水分解可以产生高纯度的氢气(h2)，被广泛认为是未来大规模制氢最有前途的技术。在很大程度上依赖于高性能电催化剂驱动高效、经济的水分解。在非酸性条件下，由于电解液缺少自由质子(h*)，析氢反应(her)过程依赖于h2o解离反应生成h*。由于h2o解离的高能垒，非酸性条件下的her通常表现出缓慢动力学。寻找具有快速her动力学的新型电催化是开发高效非酸性电解水制氢的关键。

2、商业pt/c催化剂具有高her催化活性，但在长期运行特别是在碱性环境中，其稳定性较差容易遭受结构变化、腐蚀或中毒，导致活性下降。且相比于酸性环境，碱性环境不利于铂催化剂的表面反应机理，影响其催化效率。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种掺杂贵金属的ni-mof/nf阴极催化电极及其应用，可以通过以下技术方案来实现：先制备一种掺杂贵金属的ni-mof/nf阴极催化电极，再以ag/agcl作为参比电极，石墨电极作为对电极构成三电极体系实现高效催化电解水的析氢反应。

2、制备掺杂贵金属的ni-mof/nf阴极催化电极的具体步骤如下：

3、(1)将六水合氯化镍溶解于去离子水中形成溶液a；再将贵金属盐与溶液a混匀形成溶液b；并将预处理后的nf浸没于其中超声5min后静置1h；

4、其中，贵金属盐为三氯化钌、氯化钯、氯铂酸、氯铱酸六水合物中的至少一种；贵金属盐与六水合氯化镍的摩尔比为1:0.11-1:0.42；

5、(2)将有机溶剂加入步骤(1)溶液形成溶液c，pet废塑料加入溶液c中，进行溶剂热反应；

6、其中，有机溶剂为n,n’-二甲基甲酰胺或乙二胺、乙醇中的至少一种；有机溶剂与水的体积比为1：0.25～0.5；

7、pet废塑料为涤纶、塑料瓶中的至少一种，pet废塑料与总金属离子物质的量的比为：pet:m+＝1～2:1.2。

8、其中，溶剂热反应的温度为170～190℃，反应时间为12～36h。

9、(3)反应结束后对溶剂热产物进行洗涤、干燥，即可得到m(贵金属)@ni-mof/nf催化材料。

10、上述制备的m(贵金属)@ni-mof/nf催化电极作为工作电极用于催化电解水的析氢反应。

11、电解反应体系进行电解时，施加的电解槽电位范围为-1.5～-0.7v(vs ag/agcl)。

12、电解液为碱性溶液，碱溶液包括koh；优选碱溶液浓度为0.5～1m。

13、有益效果：通过掺杂贵金属得到的ni-mof/nf阴极催化电极，显著提升了m@ni-mof/nf碱性的条件下her催化性能极大降低过电位，节约制氢成本的同时，利用废弃pet作为对苯二甲酸源降低了制备成本，为工业化电解水制氢提供了性能优异的阴极催化剂选择。

技术特征：

1.一种掺杂贵金属的ni-mof/nf阴极催化电极，其特征在于，所述掺杂贵金属的ni-mof/nf阴极催化电极是将六水合氯化镍溶解于去离子水中，再将贵金属盐加入其中混匀，并将预处理后的nf浸没于其中超声静置后，加入有机溶剂，然后加入pet废塑料进行溶剂热反应得到的，其中，贵金属盐与六水合氯化镍的摩尔比为1:0.11-1:0.42。

2.如权利要求1所述的掺杂贵金属的ni-mof/nf阴极催化电极，其特征在于，所述掺杂贵金属的ni-mof/nf阴极催化电极的制备方法如下：

3.如权利要求2所述的掺杂贵金属的ni-mof/nf阴极催化电极，其特征在于，步骤(1)所述贵金属盐为三氯化钌、氯化钯、氯铂酸、氯铱酸六水合物中的至少一种。

4.如权利要求2所述的掺杂贵金属的ni-mof/nf阴极催化电极，其特征在于，步骤(2)所述pet废塑料为涤纶、塑料瓶中的至少一种，pet废塑料与总金属离子物质的量的比为：pet:m+＝1～2:1.2。

5.如权利要求2所述的掺杂贵金属的ni-mof/nf阴极催化电极，其特征在于，步骤(2)所述溶剂热反应的温度为170～190℃，反应时间为12～36h。

6.一种如权利要求1所述的掺杂贵金属的ni-mof/nf阴极催化电极的应用，其特征在于，所述掺杂贵金属的ni-mof/nf阴极催化电极用于催化电解水的析氢反应。

7.如权利要求6所述的掺杂贵金属的ni-mof/nf阴极催化电极的应用，其特征在于，所述催化电解水时，施加的电解槽电位范围为-1.5～-0.7v(vs ag/agcl)。

8.如权利要求6所述的掺杂贵金属的ni-mof/nf阴极催化电极的应用，其特征在于，所述催化电解水时，电解质溶液为1m koh。

技术总结本发明属于催化电极的制备技术领域，具体涉及一种掺杂贵金属的Ni‑MOF/NF阴极催化电极及其应用。将六水合氯化镍溶解于去离子水中形成溶液A；再将贵金属盐与溶液A混匀形成溶液B；并将预处理后的NF浸没于其中超声5min后静置1h；将有机溶剂加入上述溶液形成溶液C，PET废塑料加入溶液C中，进行溶剂热反应；反应结束后对溶剂热产物进行洗涤、干燥，即可得到掺杂贵金属的Ni‑MOF/NF阴极催化电极。采用一步溶剂热反应合成法，通过掺杂贵金属合成Ni‑MOF/NF阴极催化电极提高HER性能的同时，还实现PET废塑料回收利用。技术研发人员：刘平,杨成强,金刘君受保护的技术使用者：常州大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2