CN110586190A - 二维导电金属有机化合物阵列、制备方法和应用 - Google Patents
二维导电金属有机化合物阵列、制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110586190A CN110586190A CN201910800630.XA CN201910800630A CN110586190A CN 110586190 A CN110586190 A CN 110586190A CN 201910800630 A CN201910800630 A CN 201910800630A CN 110586190 A CN110586190 A CN 110586190A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nickel
- organic compound
- dimensional
- metal organic
- nanosheets
- 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.)
- Granted
Links
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 64
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 68
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 28
- YCGAZNXXGKTASZ-UHFFFAOYSA-N thiophene-2,5-dicarboxylic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)S1 YCGAZNXXGKTASZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910000863 Ferronickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical group [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 9
- QAAXRTPGRLVPFH-UHFFFAOYSA-N [Bi].[Cu] Chemical compound [Bi].[Cu] QAAXRTPGRLVPFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- QXZUUHYBWMWJHK-UHFFFAOYSA-N [Co].[Ni] Chemical compound [Co].[Ni] QXZUUHYBWMWJHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- ZAUUZASCMSWKGX-UHFFFAOYSA-N manganese nickel Chemical compound [Mn].[Ni] ZAUUZASCMSWKGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- VMJRMGHWUWFWOB-UHFFFAOYSA-N nickel tantalum Chemical compound [Ni].[Ta] VMJRMGHWUWFWOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N iron nickel Chemical compound [Fe].[Ni] UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910000616 Ferromanganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- RIVZIMVWRDTIOQ-UHFFFAOYSA-N cobalt iron Chemical compound [Fe].[Co].[Co].[Co] RIVZIMVWRDTIOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- DALUDRGQOYMVLD-UHFFFAOYSA-N iron manganese Chemical compound [Mn].[Fe] DALUDRGQOYMVLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 30
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 29
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 17
- 239000003446 ligand Substances 0.000 claims description 14
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 13
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 13
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 12
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 8
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 claims 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229960002089 ferrous chloride Drugs 0.000 description 15
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L iron dichloride Chemical compound Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 15
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 10
- 238000001075 voltammogram Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000349 field-emission scanning electron micrograph Methods 0.000 description 5
- 238000003491 array Methods 0.000 description 4
- JHXKRIRFYBPWGE-UHFFFAOYSA-K bismuth chloride Chemical compound Cl[Bi](Cl)Cl JHXKRIRFYBPWGE-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 229940011182 cobalt acetate Drugs 0.000 description 4
- QAHREYKOYSIQPH-UHFFFAOYSA-L cobalt(II) acetate Chemical compound [Co+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O QAHREYKOYSIQPH-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- 229940071125 manganese acetate Drugs 0.000 description 4
- UOGMEBQRZBEZQT-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);diacetate Chemical compound [Mn+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O UOGMEBQRZBEZQT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- OEIMLTQPLAGXMX-UHFFFAOYSA-I tantalum(v) chloride Chemical compound Cl[Ta](Cl)(Cl)(Cl)Cl OEIMLTQPLAGXMX-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N acetic acid;nickel Chemical compound [Ni].CC(O)=O.CC(O)=O MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- RDQSSKKUSGYZQB-UHFFFAOYSA-N bismuthanylidyneiron Chemical compound [Fe].[Bi] RDQSSKKUSGYZQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000007942 carboxylates Chemical group 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 229940078494 nickel acetate Drugs 0.000 description 2
- 239000013110 organic ligand Substances 0.000 description 2
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 2
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical group C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000593 microemulsion method Methods 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J31/00—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
- B01J31/16—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes
- B01J31/22—Organic complexes
- B01J31/2204—Organic complexes the ligands containing oxygen or sulfur as complexing atoms
- B01J31/2208—Oxygen, e.g. acetylacetonates
- B01J31/2226—Anionic ligands, i.e. the overall ligand carries at least one formal negative charge
- B01J31/223—At least two oxygen atoms present in one at least bidentate or bridging ligand
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/33—Electric or magnetic properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2531/00—Additional information regarding catalytic systems classified in B01J31/00
- B01J2531/80—Complexes comprising metals of Group VIII as the central metal
- B01J2531/84—Metals of the iron group
- B01J2531/842—Iron
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2531/00—Additional information regarding catalytic systems classified in B01J31/00
- B01J2531/80—Complexes comprising metals of Group VIII as the central metal
- B01J2531/84—Metals of the iron group
- B01J2531/847—Nickel
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种二维导电金属有机化合物阵列材料、制备方法和应用，它包括作为载体的三维基底，及其在三维基底上生长的二维导电金属有机化合物纳米片，其中，当三维基底为泡沫镍时，导电纳米片为镍、镍铁、镍锰、镍钴、镍钽和2,5‑噻吩二羧酸的金属有机化合物纳米片；当三维基底为泡沫铁时，导电纳米片为镍铁、铁锰、铁钴、铁铋和2,5‑噻吩二羧酸的金属有机化合物纳米片；当三维基底为泡沫铜时，导电纳米片为铜铋和2,5‑噻吩二羧酸的金属有机化合物纳米片。该阵列具有优良的导电性和规则排列的二维阵列结构，可以有效地进行电荷和物质传输，从而在能源、催化等领域中具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米材料的制备方法，特别是二维导电金属有机化合物阵列及其制备方法，属于纳米材料制备领域。
背景技术
近年来，严峻的环境问题和气候变化对发展清洁、可再生能源提出了迫切需求。其中，电解水技术可以将太阳能、风能等产生的电能转换为氢气，进行大规模存储，为可再生能源的广泛利用奠定了基础。然而，当前的水电解技术存在一些重要难题：高的过电位、贵金属催化剂和差的电极稳定性等。所以，亟待发展新型的高效、低成本和稳定的催化剂以推进电解水技术的大规模应用。
金属有机化合物是一类新型的电化学活性材料，由金属离子与有机配体连接而构建，具有多孔、结构可调、高表面积等优点，同时结构在分子水平上兼具了无机和有机结构单元的特点，所以展现了广泛的应用前景。然而，传统的块体金属有机化合物具有差导电性（~10-10 S m-1）和小孔径（小于2 nm）等问题，且一般以粉末形式制备，非常不利于电荷和物质的传输，所以被认为是一种性能较差的电化学催化剂。
然而，到目前为止，关于二维导电金属有机化合物阵列的制备尚未见报到。一般说来，金属有机化合物的合成方法有多种，主要有水热法、微波法、扩散法、超声法、模板法、微乳液法和共沉淀法等。不同的合成方法和实验条件对金属和有机配体的配位方式、晶体成核生长、以及自组装过程均会产生影响，从而得到不同结构和形貌的产物。其中，溶剂热法由于操作简单而成为制备金属有机化合物的常用方法，但为了增加某个参数或者调控微观形貌，一般需要加入难以去除的表面活性剂、抑制剂等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二维导电金属有机化合物阵列及其制备方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种二维导电金属有机化合物阵列，它包括作为载体的三维基底，及其在三维基底上生长的二维导电金属有机化合物纳米片，其中，
当三维基底为泡沫镍时，导电纳米片为镍、镍铁、镍锰、镍钴、镍钽和2, 5-噻吩二羧酸的金属有机化合物纳米片；
当三维基底为泡沫铁时，导电纳米片为镍铁、铁锰、铁钴、铁铋和2, 5-噻吩二羧酸的金属有机化合物纳米片；
当三维基底为泡沫铜时，导电纳米片为铜铋和2, 5-噻吩二羧酸的金属有机化合物纳米片。
优选的，导电纳米片的导电性介于23~43 S m-1。
一种二维导电金属有机化合物阵列的制备方法，包括以下三个步骤：
步骤一，将2, 5-噻吩二羧酸配体和金属盐溶解于乙醇中；
步骤二，将三维基底置于步骤一所述溶液中，在一定温度和压力的密闭容器中进行反应；
步骤三，将得到的产物洗涤、干燥，得到二维导电金属有机化合物阵列材料。
优选的，当三维基底为泡沫镍时，金属盐选自镍、铁、锰、钴、钽中任意一种金属的可溶性盐，或者金属盐选自铁、锰、钴、钽中任意一种金属的可溶性盐和镍的可溶性盐的组合。
优选的，当三维基底为泡沫铁时，金属盐选自镍、锰、钴、铋中任意一种金属的可溶性盐，或者金属盐选自镍、锰、钴、铋中任意一种金属的可溶性盐和铁的可溶性盐的组合。
优选的，当三维基底为泡沫铜时，金属盐为铋金属的可溶性盐，或者金属盐为铋的可溶性盐和铜的可溶性盐的组合。
优选的，反应温度为100~150oC，时间为6~72 h。
优选的，以2*2.8cm2的三维基底计，添加1mg mL-1以上的2, 5-噻吩二羧酸配体。
一种二维导电金属有机化合物阵列在电催化反应领域的应用。
所述的电催化反应包括氧析出反应、氢析出反应和全水解反应。
本发明与现有技术相比，其优点在于：（1）该方法适用于不同金属元素，是一种普适的二维导电金属有机化合物阵列的合成方法；（2）所得材料具有较好的导电性，克服了传统金属有机化合物阵列导电性差的缺点；（3）较好的利用了基底的三维框架结构，有利于二维阵列的形成，同时阵列结构有利于物质传输，超薄的二维结构倾向于暴露更多的活性位点，展现了优异的电催化全水解活性；（4）合成所用的原料便宜易得，无需加入表面活性剂等材料，无环境污染。
附图说明
图1是本发明二维导电金属有机化合物阵列制备的合成路线示意图。
图2是本发明实例1制备的镍铁双金属（50mg氯化亚铁）双金属二维导电金属有机化合物阵列的场发射扫描电镜图（a）和元素分布图（b~f）。
图3是本发明实例2制备的镍二维导电金属有机化合物阵列的场发射扫描电镜图（a）和元素分布图（b~f）。
图4是本发明实例3制备的镍铁双金属（20mg氯化亚铁）双金属二维导电金属有机化合物阵列的场发射扫描电镜图（a）和元素分布图（b~f）。
图5是本发明实例4制备的镍铁双金属（80mg氯化亚铁）双金属二维导电金属有机化合物阵列的场发射扫描电镜图（a）和元素分布图（b~f）。
图6是本发明实例5（a）、实例6（b）和实例7（c）制备的二维导电金属有机化合物阵列的场发射扫描电镜图。
图7是本发明实例8（a）和实例9（b）制备的二维导电金属有机化合物阵列的场发射扫描电镜图。
图8是本发明实例1所制备的镍铁双金属二维导电金属有机化合物阵列的X射线衍射图（a）和傅立叶变换红外光谱图（b）。
图9是本发明实例1~4制备的二维导电金属有机化合物阵列的电化学测试结果，其中（a）为氧析出反应的线性扫描伏安曲线；（b）为氧析出反应电流密度随时间变化的稳定性曲线；（c）为氢析出反应线性扫描伏安曲线；（d）为氢析出反应电流密度随时间变化的稳定性曲线；（e）为NiFe-50分别作为阴极和阳极的全水解线性扫描伏安曲线；（f）为NiFe-50分别作为阴极和阳极的全水解稳定性曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
结合图1，本发明按照如下步骤制备二维导电金属有机化合物阵列：
步骤一：将50mg 2, 5-噻吩二羧酸配体和0~80mg金属盐（醋酸镍、醋酸钴、氯化亚铁、醋酸锰和五氯化钽等）溶解于乙醇中；
步骤二：将三维基底（泡沫镍、泡沫铜、泡沫铁和泡沫镍铁）置于步骤一所述溶液中，在100~150oC下的密闭容器中反应6~72h；
步骤三：将得到的产物洗涤、干燥，得到二维导电金属有机化合物阵列材料。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
步骤一：将50mg 2, 5-噻吩二羧酸配体和50mg氯化亚铁溶解于乙醇中；
步骤二：将泡沫镍置于步骤一所述溶液中，在密闭容器中150oC反应12h；
步骤三：将得到的产物洗涤、干燥，得到铁双金属（50mg氯化亚铁）二维导电金属有机化合物阵列材料。
所得镍铁双金属（50mg氯化亚铁）二维导电金属有机化合物阵列的场发射扫描电镜图和元素分布图如图2所示，表明材料为超薄的二维阵列，各元素均匀分布。X射线衍射如图8（a）所示，表明其为多晶；傅立叶变换红外光谱如图8（b）所示，2972和2887cm-1处的弱峰分别对应2,5-噻吩二羧酸的噻吩环和乙醇甲基的C-H伸缩振动，1568 cm-1处的峰归因于镍铁双金属（50mg氯化亚铁）二维导电金属有机化合物中羧酸盐基团的反对称拉伸，1519和1362 cm-1处的峰归因于羧酸盐基团的特征性拉伸振动，并结合X射线衍射图和元素分布图中元素种类表明制备得到了金属有机化合物。导电性测试结果见表1所示，其电导率介于27~43 S m-1之间，表明其具有较好的导电性。氧析出反应和氢析出反应线性扫描伏安曲线如图9（a，c），在电流密度为10mA cm-2时的过电位分别为220mV（氧析出反应）和81mV（氢析出反应）；稳定性曲线如图9（b，d），经过20h稳定性测试，其电流密度保持稳定；全水解线性扫描伏安曲线和稳定性曲线如图9（e，f），在1.54V的电压下可以提供10mA cm-2的电流密度，经过100h稳定性测试表现出优异的稳定性。其较低的过电位、稳定性和优异的全水解活性，表明其在电催化领域具有较好的应用前景。
表1 镍铁双金属（50mg氯化亚铁）二维导电金属有机化合物阵列的电导率结果
实施例2：
步骤一：将50mg 2, 5-噻吩二羧酸配体和50mg醋酸镍溶解于乙醇中；
步骤二：将泡沫镍置于步骤一所述溶液中，在密闭容器中150oC反应12h；
步骤三：将得到的产物洗涤、干燥，得到镍二维导电金属有机化合物阵列材料。
所得镍二维导电金属有机化合物阵列的场发射扫描电镜图和元素分布图如图3所示，表明材料为超薄的二维阵列，各元素均匀分布；其电导率介于23~40 S m-1之间，表明其具有较好的导电性。氧析出反应和氢析出反应线性扫描伏安曲线如图9（a，c），在电流密度为10mA cm-2时的过电位分别为268mV（氧析出反应）和109mV（氢析出反应）。
实施例3：
步骤一：将50mg 2, 5-噻吩二羧酸配体和20mg氯化亚铁溶解于乙醇中；
步骤二：将泡沫镍置于步骤一所述溶液中，在密闭容器中150oC反应12h；
步骤三：将得到的产物洗涤、干燥，得到镍铁双金属（20mg氯化亚铁）二维导电金属有机化合物阵列材料。
所得镍铁双金属（20mg氯化亚铁）二维导电金属有机化合物阵列的场发射扫描电镜图和元素分布图如图4所示，表明材料为超薄的二维阵列，各元素均匀分布。氧析出反应和氢析出反应线性扫描伏安曲线如图9（a，c），在电流密度为10mA cm-2时的过电位分别为253mV（氧析出反应）和156mV（氢析出反应）。
实施例4：
步骤一：将50mg 2, 5-噻吩二羧酸配体和80mg氯化亚铁溶解于乙醇中；
步骤二：将泡沫镍置于步骤一所述溶液中，在密闭容器中150oC反应12h；
步骤三：将得到的产物洗涤、干燥，得到镍铁双金属（80mg氯化亚铁）二维导电金属有机化合物阵列材料。
所得镍铁双金属（80mg氯化亚铁）二维导电金属有机化合物阵列的场发射扫描电镜图和元素分布图如图5所示，表明材料为超薄的2D阵列，各元素均匀分布。氧析出反应和氢析出反应线性扫描伏安曲线如图9（a，c），在电流密度为10mA cm-2时的过电位分别为243mV（氧析出反应）和111mV（氢析出反应）。
实施例5：
步骤一：将50mg 2, 5-噻吩二羧酸配体和50mg醋酸锰溶解于乙醇中；
步骤二：将泡沫镍置于步骤一所述溶液中，在密闭容器中150oC反应12h；
步骤三：将得到的产物洗涤、干燥，得到镍锰双金属（50mg醋酸锰）二维导电金属有机化合物阵列材料。
所得镍锰双金属（50mg醋酸锰）二维导电金属有机化合物阵列的场发射扫描电镜图如图6（a）所示，表明材料为超薄的二维阵列。
实施例6：
步骤一：将50mg 2, 5-噻吩二羧酸配体和50mg醋酸钴溶解于乙醇中；
步骤二：将泡沫镍置于步骤一所述溶液中，在密闭容器中150oC反应12h；
步骤三：将得到的产物洗涤、干燥，得到镍钴双金属（50mg醋酸钴）二维导电金属有机化合物阵列材料。
所得镍钴双金属（50mg醋酸钴）二维导电金属有机化合物阵列的场发射扫描电镜图如图6（b）所示，表明材料为超薄的二维阵列。
实施例7：
步骤一：将50mg 2, 5-噻吩二羧酸配体和50mg五氯化钽溶解于乙醇中；
步骤二：将泡沫镍置于步骤一所述溶液中，在密闭容器中150oC反应12h；
步骤三：将得到的产物洗涤、干燥，得到镍钽双金属（50mg五氯化钽）二维导电金属有机化合物阵列材料。
所得镍钽双金属（50mg五氯化钽）二维导电金属有机化合物阵列的场发射扫描电镜图如图6（c）所示，表明材料为超薄的二维阵列。
实施例8：
步骤一：将50mg 2, 5-噻吩二羧酸配体和50mg三氯化铋溶解于乙醇中；
步骤二：将泡沫铁置于步骤一所述溶液中，在密闭容器中150oC反应12h；
步骤三：将得到的产物洗涤、干燥，得到铁铋双金属（50mg三氯化铋）二维导电金属有机化合物阵列材料。
所得铁铋二维导电金属有机化合物阵列的场发射扫描电镜图如图7（a）所示，表明材料为超薄的二维阵列。
实施例9：
步骤一：将50mg 2, 5-噻吩二羧酸配体和50mg三氯化铋溶解于乙醇中；
步骤二：将泡沫铜置于步骤一所述溶液中，在密闭容器中150oC反应12h；
步骤三：将得到的产物洗涤、干燥，得到铜铋双金属（50mg三氯化铋）二维导电金属有机化合物阵列材料。
所得铜铋二维导电金属有机化合物阵列的场发射扫描电镜图如图7（b）所示，表明材料为超薄的二维阵列。
本发明在三维基底上构筑垂直的阵列结构，显著提高材料物质传输能力。因此，制备同时具有优良导电性、物质传输特性、和高暴露活性位点的二维导电金属有机化合物阵列，在能源、催化领域具有潜在的应用前景。
Claims (10)
1.一种二维导电金属有机化合物阵列，其特征在于，它包括作为载体的三维基底，及其在三维基底上生长的二维导电金属有机化合物纳米片，其中，
当三维基底为泡沫镍时，导电纳米片为镍、镍铁、镍锰、镍钴、镍钽和2, 5-噻吩二羧酸的金属有机化合物纳米片；
当三维基底为泡沫铁时，导电纳米片为镍铁、铁锰、铁钴、铁铋和2, 5-噻吩二羧酸的金属有机化合物纳米片；
当三维基底为泡沫铜时，导电纳米片为铜铋和2, 5-噻吩二羧酸的金属有机化合物纳米片。
2.如权利要求1所述的阵列，其特征在于，导电纳米片的导电性介于23~43 S m-1。
3.如权利要求1或2所述的阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将2, 5-噻吩二羧酸配体和金属盐溶解于乙醇中；
步骤二，将三维基底置于步骤一所述溶液中，在一定温度和压力的密闭容器中进行反应；
步骤三，将得到的产物洗涤、干燥，得到二维导电金属有机化合物阵列材料。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当三维基底为泡沫镍时，金属盐选自镍、铁、锰、钴、钽中任意一种金属的可溶性盐，或者金属盐选自铁、锰、钴、钽中任意一种金属和镍的可溶性盐。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当三维基底为泡沫铁时，金属盐选自镍、锰、钴、铋中任意一种金属的可溶性盐，或者金属盐选自镍、锰、钴、铋中任意一种金属和铁的可溶性盐。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当三维基底为泡沫铜时，金属盐为铋的可溶性盐，或者金属盐为铋和铜的可溶性盐。
7. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，反应温度为100~150oC，时间为6~72 h。
8. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，以2*2.8cm2的三维基底计，添加1mg mL-1以上的2, 5-噻吩二羧酸配体。
9.如权利要求1或2所述的阵列在电催化反应领域的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的电催化反应包括氧析出反应、氢析出反应和全水解反应。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910800630.XA CN110586190B (zh) | 2019-08-28 | 2019-08-28 | 二维导电金属有机化合物阵列、制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910800630.XA CN110586190B (zh) | 2019-08-28 | 2019-08-28 | 二维导电金属有机化合物阵列、制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110586190A true CN110586190A (zh) | 2019-12-20 |
| CN110586190B CN110586190B (zh) | 2022-10-14 |
Family
ID=68855877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910800630.XA Active CN110586190B (zh) | 2019-08-28 | 2019-08-28 | 二维导电金属有机化合物阵列、制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110586190B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111501060A (zh) * | 2020-04-17 | 2020-08-07 | 东华大学 | 一种铜掺杂铋双金属材料及其制备和应用 |
| CN112342568A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-02-09 | 南京大学 | 一种用于人工光合成的Bi/Cu催化剂的制备方法 |
| CN114075336A (zh) * | 2020-08-14 | 2022-02-22 | 南京理工大学 | 二维InCd导电金属有机化合物的制备及其在快速电催化固氮合成氨的应用 |
| CN114540831A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-05-27 | 上海科技大学 | 一种用于电解水的镍铁双金属配位聚合物催化剂及其制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012138576A1 (en) * | 2011-04-05 | 2012-10-11 | Blacklight Power, Inc. | H2o-based electrochemical hydrogen-catalyst power system |
| CN105161317A (zh) * | 2015-06-03 | 2015-12-16 | 南京理工大学 | 一种快速制备硫化钴/石墨烯水凝胶纳米复合材料的方法 |
| CN107159293A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-09-15 | 华南理工大学 | 一种NiFe3N/NF电化学催化剂及其制备方法与应用 |
| CN107987282A (zh) * | 2017-12-12 | 2018-05-04 | 南开大学 | 一种对水稳定的镧系金属-有机框架材料及制备和应用 |
| CN108950596A (zh) * | 2018-08-06 | 2018-12-07 | 西北农林科技大学 | 一种常温常压下合成廉价的镍铁纳米片阵列高效电催化剂的方法和应用 |
| CN109252180A (zh) * | 2018-09-19 | 2019-01-22 | 安徽师范大学 | 一种三元mof纳米片阵列材料、制备方法及其应用 |
| CN109518220A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-03-26 | 江苏大学 | 以泡沫铜为基底构筑二维金属有机框架纳米水解电催化剂的制备方法及其应用于电解水析氢 |
-
2019
- 2019-08-28 CN CN201910800630.XA patent/CN110586190B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012138576A1 (en) * | 2011-04-05 | 2012-10-11 | Blacklight Power, Inc. | H2o-based electrochemical hydrogen-catalyst power system |
| CN105161317A (zh) * | 2015-06-03 | 2015-12-16 | 南京理工大学 | 一种快速制备硫化钴/石墨烯水凝胶纳米复合材料的方法 |
| CN107159293A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-09-15 | 华南理工大学 | 一种NiFe3N/NF电化学催化剂及其制备方法与应用 |
| CN107987282A (zh) * | 2017-12-12 | 2018-05-04 | 南开大学 | 一种对水稳定的镧系金属-有机框架材料及制备和应用 |
| CN108950596A (zh) * | 2018-08-06 | 2018-12-07 | 西北农林科技大学 | 一种常温常压下合成廉价的镍铁纳米片阵列高效电催化剂的方法和应用 |
| CN109252180A (zh) * | 2018-09-19 | 2019-01-22 | 安徽师范大学 | 一种三元mof纳米片阵列材料、制备方法及其应用 |
| CN109518220A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-03-26 | 江苏大学 | 以泡沫铜为基底构筑二维金属有机框架纳米水解电催化剂的制备方法及其应用于电解水析氢 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| QIN LIU ET.AL: ""High-performance water oxidation electrocatalysis enabled by a Ni-MOF nanosheet array"", 《INORG. CHEM. FRONT.》 * |
| 韩会娟: ""MOFs衍生的钴/镍基一维纳米组装结构的可控合成及电催化性能"", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(博士)工程科技Ⅰ辑》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111501060A (zh) * | 2020-04-17 | 2020-08-07 | 东华大学 | 一种铜掺杂铋双金属材料及其制备和应用 |
| CN111501060B (zh) * | 2020-04-17 | 2021-06-29 | 东华大学 | 一种铜掺杂铋双金属材料及其制备和应用 |
| CN114075336A (zh) * | 2020-08-14 | 2022-02-22 | 南京理工大学 | 二维InCd导电金属有机化合物的制备及其在快速电催化固氮合成氨的应用 |
| CN114075336B (zh) * | 2020-08-14 | 2023-06-30 | 南京理工大学 | 二维InCd导电金属有机化合物的制备及其在快速电催化固氮合成氨的应用 |
| CN112342568A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-02-09 | 南京大学 | 一种用于人工光合成的Bi/Cu催化剂的制备方法 |
| CN112342568B (zh) * | 2020-09-30 | 2021-12-17 | 南京大学 | 一种用于人工光合成的Bi/Cu催化剂的制备方法 |
| CN114540831A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-05-27 | 上海科技大学 | 一种用于电解水的镍铁双金属配位聚合物催化剂及其制备方法 |
| CN114540831B (zh) * | 2021-11-30 | 2023-08-04 | 上海科技大学 | 一种用于电解水的镍铁双金属配位聚合物催化剂及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110586190B (zh) | 2022-10-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110586190B (zh) | 二维导电金属有机化合物阵列、制备方法和应用 | |
| CN110227496B (zh) | 一种纳米片组成的微球状Fe掺杂二硫化三镍纳米结构材料、制备方法及应用 | |
| CN109252180B (zh) | 一种三元mof纳米片阵列材料、制备方法及其应用 | |
| Zheng et al. | Three-dimensional NiCu layered double hydroxide nanosheets array on carbon cloth for enhanced oxygen evolution | |
| CN108325539B (zh) | 一种棒状自组装成花球状的钒修饰的Ni3S2电催化剂的合成方法 | |
| CN104282446A (zh) | 一种钴酸镍@钼酸镍核壳结构纳米材料、制备方法及其应用 | |
| Song et al. | Co-doped Ni3S2 hierarchical nanoarrays derived from zeolitic imidazolate frameworks as bifunctional electrocatalysts for highly enhanced overall-water-splitting activity | |
| CN112941559A (zh) | 一种Fe-Co双金属磷化物电极材料及其制备和应用 | |
| CN110699702B (zh) | 一种山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN108479808A (zh) | 一种3D自组装花球状钒修饰的Ni3S2的合成方法 | |
| Ye et al. | Reduced graphene oxide supporting hollow bimetallic phosphide nanoparticle hybrids for electrocatalytic oxygen evolution | |
| CN113816437B (zh) | 一种二甲基咪唑钴联合镍铝层状双氢氧化物/氧化石墨烯的氧还原催化剂的制备方法 | |
| CN113789543B (zh) | 一种三维分层纳米阵列结构铜基材料及其制备方法和应用 | |
| Hu et al. | Implanted cobalt ions in two zinc-based frameworks: Improved electrocatalyst for hydrogen evolution reaction | |
| Pan et al. | Iron-doped metal-organic framework with enhanced oxygen evolution reaction activity for overall water splitting | |
| CN110624607B (zh) | 原位生长的二维导电金属有机化合物阵列 | |
| CN110721749B (zh) | 金属有机骨架结构衍生碳复合物包覆的NiCo2S4纳米线阵列状电催化剂及其制备方法 | |
| CN110152692B (zh) | 三维钴酸镍@硒化钴(ii)纳米针阵列复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN108149269A (zh) | 一种MoS2/NiCo2S4/CFP三维分级结构及其制备方法 | |
| CN113981482B (zh) | 一种钴掺杂磷化铜二维介孔纳米片阵列及其制备方法和应用 | |
| CN110835767A (zh) | 一种碱刻蚀的金属有机骨架材料及在电催化分解水中的应用 | |
| CN109970988B (zh) | 钴基配位聚合物及其作为电催化产氢催化剂的用途 | |
| CN111889118B (zh) | 一种Cu负载羟基亚磷酸镍核壳纳米线结构材料及其制备方法和应用 | |
| CN113584519A (zh) | 一种电催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN110265670B (zh) | 一种主客体策略合成氮、其他杂原子双掺碳基双效催化剂的方法 |
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 |