CN107602622B - 一种磷化金属有机框架材料，制备方法及其应用 - Google Patents
一种磷化金属有机框架材料，制备方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107602622B CN107602622B CN201710729998.2A CN201710729998A CN107602622B CN 107602622 B CN107602622 B CN 107602622B CN 201710729998 A CN201710729998 A CN 201710729998A CN 107602622 B CN107602622 B CN 107602622B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- organic framework
- metal organic
- tatab
- deionized water
- ligand
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Abstract
本发明公开了一种磷化金属有机框架材料，制备方法及其应用，具体为基于多孔晶态金属有机框架材料磷化处理后构筑的复合催化材料及对析氧反应（OER）的应用。本发明通过两步法合成技术，前期利用有机配体2,4,6‑三（4‑羧基苯基）‑1,3,5‑三嗪、1H‑1,2,4‑苯三唑与氯化钴在N,N‑二甲基乙酰胺、水和氟硼酸的混合溶液中进行自组装得到的多孔金属有机框架材料，后期利用次磷酸钠作为磷源采用热处理的方法对自组装得到的金属有机框架材料进行处理。该催化剂在析氧反应（OER）中展现出优越的催化活性。
Description
技术领域
本发明涉及一种以均苯三酸衍生物为主配体、1H-1,2,4-三唑为辅配、过渡金属钴为金属中心形成的金属有机框架材料及其制备方法，以及磷化该化合物后作为电极材料表现出对析氧反应(OER)具有优异性能。
背景技术
MOF拥有晶体结构。MOF中的原子和他们围成的孔道就像一座大厦里的砖瓦和房间，排列得整整齐齐。确定的结构便于学者研究结构与性质之间的关系。MOF的骨架可刚可柔。所谓刚性的骨架，是指在外界条件，如加热、浸水、酸碱环境等恶劣条件下，骨架保持结构完整而不坍塌、不变形。而柔性的骨架呢？就如同一座智能机器一样，会随着外界特定条件的改变，改变自身的形状。MOF的内表面积极大。内表面积是衡量多孔材料内部空间的重要的性能参数。MOF拥有远大于传统多孔材料(活性炭、沸石等)的内表面积，最高记录为每克MOF有7000平方米的内表面积，约等于一个标准足球场的面积。MOF有着多样和可控的结构。MOF的两个组成部分，有机配体和金属节点，都可以有很多种设计和选择。特别是有机配体部分，依托现在发展成熟的有机合成技术，几乎可以得到任何你想要的有机配体，来组装成不同的MOF。MOF的合成过程，通常称为“自组装”，有机配体和金属盐，按照一定的比例在溶液里混合、加热，这些零件就会“自动”地按照MOF大厦的设计图组装在一起，同时其性能也与其结构密切相关。本专利中关注的出发点是掺杂P于金属有机骨架材料中从而提高其电催化性能。
析氧反应(OER)是很多能源储存和转换领域的关键环节，如水的裂解析氧，再生燃料电池，可充电的金属气质电池。由于固有的高能垒，析氧反应需要耐酸或耐碱的高效电催化剂。基于钴的OER电催化剂由于相对高的活性及所含金属离子在地球含量高而引起人们的兴趣。除了在吸附、储存、分离和催化领域含有广泛的应用研究外，MOFs近来被认为是CO2还原、析氧反应、析氢反应等的潜在电催化剂。低温磷化法是最近几年才流行的一种合成方法，引起了许多人的关注，低温磷化是一种比较温和的合成金属稱化物的方法，具有低温、安全、无有害溶剂等一系列优点，具体的操作方法是将合成出来的前驱体，与次磷酸钠在低温的条件下进行加热的一种磷化方法。
发明内容
本发明提供了一种以均苯三酸衍生物为主配体、1H-1,2,4-三唑为辅配与金属钴配位形成的金属有机框架晶态材料的合成方法。其化学通式为：
其化合物结构式如下：
称取2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪，1H-1,2,4-三唑，CoCl2mmol，N,N-二甲基乙酰胺(DMA)，去离子水，氟硼酸，超声15min并加入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在120℃下恒温反应24h，并以2-3℃/h匀速降温至室温，得到红色立方块晶体。再将次磷酸钠溶于去离子水中，再加入无水乙醇超声5min，加入步骤(1)中的金属有机框架材料晶体，装入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在80-140℃下反应1-3h后，自然冷却至室温，洗涤离心并真空60℃下烘干，即可得到部分磷化金属有机框架晶态材料。
其中本发明所涉及的室温均指常压下的环境温度即可。
本发明所合成的晶体是使用日本Rigaku公司的小分子型单晶X-射线衍射仪对晶体进行结构测定，利用石墨单色器单色化的Mo Kα射线，在293K下测得衍射强度与晶胞参数等数据，并用扫描技术，对所收集的数据进行经验吸收校正，所得结果采用Shelxtl-97程序以直接法解析，用全矩阵最小二乘法修正。得到晶体学数据见晶体参数表1。
表1晶体学参数表
附图说明
图1：为实施例1所合成的晶态金属有机框架材料的最小不对称结构图。
图2：为实施例1所制得Co-MOF晶体的三维堆积图。
图3：为实施例1制得的Co-MOF的XRD谱图。
图4：为实施例1制得的Co-MOF的热重谱图。
图5：为实施例2制得的120℃下磷化处理后复合材料的透射电镜图。
图6：为实施例3制得的磷化处理Co-MOF的复合材料析氧(OER)反应的极化曲线和Tafel曲线。
图7：为实施例5制得的磷化处理Co-MOF的复合材料析氧(OER)反应的极化曲线和Tafel曲线。
图8：为实施例5制得的不同温度磷化处理Co-MOF的复合材料析氧(OER)反应10mA/cm2电流密度下对应的过电势。
具体实施方式
实施例1
称取0.025mmol 2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪，0.025mmol 1H-1,2,4-三唑，0.1mmol CoCl2，5ml N,N-二甲基乙酰胺(DMA)，0.1ml去离子水，0.5ml氟硼酸，超声15min并加入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在120℃下恒温反应24h，并以2-3℃/h匀速降温至室温，得到红色立方块晶体，孔隙率为58.5％的多孔晶态金属有机框架材料。即Co-MOF。(化学通式为：{[Co6(TATAB)8/3(1H-1,2,4-triazole)(μ3-O)2(μ2-OH)1.5(HCOO)1.75(H2O)2]·4.25[CH3·NH2]·10H2O}n，n为正无穷，且n仅代表晶态材料是由最小单元重复出现构建的结构特点，为通式写法)。
实施例2
将40mg次磷酸钠溶于1ml去离子水中，再加入4ml无水乙醇超声5min，将实例1中合成的多孔晶态金属有机框架材料20mg置于其中，120℃恒温反应2h，取出后自然放置冷却至室温，无水乙醇洗涤离心，80℃下真空干燥。
表1为120℃下磷化处理后复合材料的能谱分析汇总表
| 磷化前(纯晶体) | 磷化后(120℃) | |
| 碳元素含量(百分比) | 10.7 | 1.13 |
| 氧元素含量(百分比) | 55.03 | 48.37 |
| 磷元素含量(百分比) | 0 | 23.03 |
| 钴元素含量(百分比) | 34.27 | 27.47 |
实施例3
将实施例2中干燥后的磷化的样品，称取4mg于2ml的样品管中，加入0.1ml萘酚，0.2ml无水乙醇和0.7ml去离子水，超声30min后涂于玻碳电极上。测试材料析氧(OER)性能，通过CV扫描至稳定后，LSV扫描测试如图。
通过上述方法合成的多核Co-MOF进行120℃下磷化处理后，发现处理后的材料测试其析氧性能，如图6，起始过电位从370mV降低为300mV，Tafel slope由77mV/dec降为49mV/dec，说明磷化处理后的多孔晶态金属有机框架材料其析氧(OER)性能得到很大提高。
实施例4
按照实例2中的磷化方法，同样取40mg次磷酸钠溶于1ml去离子水中，再加入4ml无水乙醇超声5min，将实例1中合成的多孔晶态金属有机框架材料20mg置于其中，选择了80℃，100℃，140℃作为磷化温度恒温反应2h，取出后自然放置冷却至室温，无水乙醇洗涤离心，80℃下真空干燥。
实施例5
将实施例4中干燥后的不同温度磷化的样品，称取4mg于2ml的样品管中，加入0.1ml萘酚，0.2ml无水乙醇和0.7ml去离子水，超声30min后涂于玻碳电极上。测试材料析氧(OER)性能，通过CV扫描至稳定后，LSV扫描测试如图。
通过上述方法合成的多核Co-MOF进行不同温度下磷化处理后，任具有很好的析氧(OER)活性。如图7所示，10mA/cm2电流密度下对应的过电势不同幅度的降低，从402mV降为383mV，塔菲尔斜率从77mV/dec降为63mV/dec。说明该磷化方法处理后的多孔晶态金属有机框架材料对于低温下不同的温度也具有提高析氧(OER)性能的作用。
Claims (6)
1.一种金属有机框架晶态材料，其特征在于，化学分子式为C68H38Co6N11O24，以Co的均苯三酸衍生物L为主配体，1H-1,2,4-三唑为辅配的三维金属有机框架材料，所述的均苯三酸衍生物L为2,4,6-三（4-羧基苯基）-1,3,5-三嗪，简称TATAB，孔隙率为58.5%。
2.权利要求1所述的金属有机框架晶态材料，其特征在于，该晶态材料的晶体属于立方晶系，空间群为Im-3，晶胞参数为：a=53.95 Å，b=53.95 Å，c=53.95Å，α=β=γ= 90°。
3.制备磷化金属有机框架晶态材料的方法，其特征在于，包括以下步骤，
（1）在封闭条件下，有机配体TATAB，1H-1,2,4-三唑和氯化钴在N，N-二甲基乙酰胺、去离子水和氟硼酸的混合溶液中，通过溶剂热反应得到金属有机框架晶体材料，所述的有机配体TATAB 为2,4,6-三（4-羧基苯基）-1,3,5-三嗪；
（2）将次磷酸钠溶于去离子水中，再加入无水乙醇超声5min，加入步骤(1)中的金属有机框架晶体材料，装入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在80-140℃下反应1-3h后，自然冷却至室温，洗涤离心并真空60℃下烘干，即可得到磷化金属有机框架晶态材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，其中有机配体TATAB，1H-1,2,4-三唑和氯化钴的摩尔比为1：1-2：3-6，每0.025mmol的有机配体TATAB对应3-8ml的N,N-二甲基乙酰胺、0.05-0.2ml的去离子水和0.3-0.8ml氟硼酸，热反应的条件为100-150℃，反应时间为20-30小时。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，其中有机配体TATAB，1H-1,2,4-三唑和氯化钴的摩尔比为1：1：4，每0.025mmol的有机配体TATAB对应5ml的N,N-二甲基乙酰胺、0.1ml的去离子水和0.5ml氟硼酸，热反应的条件为120℃，反应时间为24小时。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，次磷酸钠与步骤（1）得到的金属有机框架晶体材料的质量比为3-4：1；去离子水与无水乙醇的体积比为1:3-5。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710729998.2A CN107602622B (zh) | 2017-08-23 | 2017-08-23 | 一种磷化金属有机框架材料，制备方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710729998.2A CN107602622B (zh) | 2017-08-23 | 2017-08-23 | 一种磷化金属有机框架材料，制备方法及其应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107602622A CN107602622A (zh) | 2018-01-19 |
| CN107602622B true CN107602622B (zh) | 2020-02-11 |
Family
ID=61065703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710729998.2A Active CN107602622B (zh) | 2017-08-23 | 2017-08-23 | 一种磷化金属有机框架材料，制备方法及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107602622B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107955182B (zh) * | 2017-11-30 | 2020-08-04 | 三峡大学 | 一种微量掺入复合金属有机骨架材料，制备方法及其应用 |
| CN111621026A (zh) * | 2019-02-28 | 2020-09-04 | 南京农业大学 | 一种双功能钴配合物材料的制备方法及其电化学性能应用 |
| CN111206263B (zh) * | 2020-01-07 | 2021-03-12 | 中国科学院化学研究所 | 一种金属硼酸有机薄膜的制备方法 |
| CN111303445B (zh) * | 2020-03-20 | 2022-03-08 | 三峡大学 | 钴基金属有机框架材料与应用 |
| CN113699536B (zh) * | 2021-07-26 | 2022-12-23 | 安徽理工大学 | 基于mof衍生的金属磷化物电催化剂、制备方法及应用 |
| CN113583248B (zh) * | 2021-08-04 | 2022-04-12 | 北京师范大学 | 一种高度交联的磷掺杂一维无定形金属有机框架纳米线网络材料及其制备方法和应用 |
| CN114016076B (zh) * | 2021-10-27 | 2023-07-28 | 三峡大学 | 镍基金属有机框架材料及在电催化甲醇氧化中的应用 |
| CN114011470A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-02-08 | 首都师范大学 | 一种用于水解三磷酸腺苷的催化剂及其制备方法和应用 |
| CN115784327B (zh) * | 2023-01-29 | 2023-05-16 | 南京大学 | 一种具有mof结构的中熵硫化物材料及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009011545A2 (en) * | 2007-07-16 | 2009-01-22 | Insilicotech Co., Ltd. | Compound or solvate thereof with mesoporous metal-organic framework |
| CN104907095A (zh) * | 2015-04-20 | 2015-09-16 | 北京科技大学 | 一种催化氧化用多功能集成多孔基固态材料的制备方法 |
-
2017
- 2017-08-23 CN CN201710729998.2A patent/CN107602622B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009011545A2 (en) * | 2007-07-16 | 2009-01-22 | Insilicotech Co., Ltd. | Compound or solvate thereof with mesoporous metal-organic framework |
| CN104907095A (zh) * | 2015-04-20 | 2015-09-16 | 北京科技大学 | 一种催化氧化用多功能集成多孔基固态材料的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107602622A (zh) | 2018-01-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107602622B (zh) | 一种磷化金属有机框架材料，制备方法及其应用 | |
| CN111905827B (zh) | 镍基异质复合材料的制备方法及在催化甲醇氧化上的应用 | |
| CN111303445A (zh) | 钴基金属有机框架材料与应用 | |
| CN112371189A (zh) | 氢氧化物包裹ZIF系列MOFs的多相催化剂及其制备与应用 | |
| CN107876094B (zh) | 一种三碟烯聚合物NTP/硫化锌镉Cd0.5Zn0.5S复合光催化剂的制备方法 | |
| CN108554455A (zh) | 一种用金属有机框架材料固载的水氧化催化剂及其制备方法 | |
| CN108997587B (zh) | 一种用于电解水制氢反应的金属有机框架材料及其纳米片材料的制备方法 | |
| CN111450894A (zh) | 一种Ce基有机金属配合物催化材料及其制备与应用 | |
| CN113600142A (zh) | 一种成型层状双金属氢氧化物及其衍生物的制备方法和应用 | |
| CN105478083B (zh) | 一种多孔金属与有机框架化合物的复合化方法及其应用 | |
| CN112691688A (zh) | 一种高活性Co-Ni-Fe共镶嵌型非贵金属催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN109161920A (zh) | 一种泡沫铜自支撑镍锌双金属氢氧化物催化剂的制备方法 | |
| CN109096496B (zh) | 一种Ni基晶态框架材料，制备及在甲醇氧化上的应用 | |
| CN114939431A (zh) | CN@ZrO2复合材料及其在催化CO2与环氧化物环加成反应中的应用 | |
| CN107955182B (zh) | 一种微量掺入复合金属有机骨架材料，制备方法及其应用 | |
| Wu et al. | Facet-selective growth of MOF-on-MOF heterostructures enables etching-free synthesis of highly-open Co/N-doped carbon nanoframes for efficient catalysis | |
| CN104607251B (zh) | 含有混合价态Cu的框架化合物催化剂材料及其制备方法 | |
| CN108906125B (zh) | 一种三碟烯聚合物DTP/硫化锌镉Cd0.5Zn0.5S复合光催化剂的制备方法 | |
| CN108772104A (zh) | 一种棒状硫化镉CdS NRs/三碟烯聚合物NTP新型复合光催化剂的制备方法 | |
| CN109651620B (zh) | 一种镍金属配位聚合物及其制备方法 | |
| CN114016076B (zh) | 镍基金属有机框架材料及在电催化甲醇氧化中的应用 | |
| CN114130431B (zh) | P-型芘基金属有机框架单晶材料及纳米带的制备方法和应用 | |
| CN113201141B (zh) | 一种镍同构MOFs的制备方法及其在电催化上的应用 | |
| CN112778153B (zh) | 酰胺基桥连六羧酸配体和金属有机框架材料及其制备方法和应用 | |
| CN109929118B (zh) | 一种Cu(I)配位聚合物及其制备方法与应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |