CN111957350A - 一种海绵铜基氧还原催化电极材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种海绵铜基氧还原催化电极材料的制备方法，包含如下步骤：步骤[1]海绵铜基Cu3(BTC)2MOF@Ni层的电沉积制备；步骤[2]海绵铜基镍层负载Cu3(BTC)2MOF纳米岛的Ni2+和Co2+阳离子替代；步骤[3]YNiO3单分子在Ni3Co3(BTC)4MOF上的合成。通过该方法制备的电极材料具有优良的氧还原电催化性能，在金属空气电池领域具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及金属空气电池电极催化材料领域，特别是一种海绵铜基氧还原催化电极材料的制备方法。
背景技术
金属空气电池是以氧为正极活性物质发生还原反应，以金属为负极发生氧化反应的新型燃料电池，可直接将化学能转化为电能，具有无污染、高比功率和比能量、低成本等优异性能，是有前景的新兴绿色能源。
金属空气电池阴极氧还原反应涉及了四个电子以及质子或水分子的转移反应，即氧气与四个电子直接还原生成水或每次获得两个电子通过形成中间产物进行两次还原。氧还原反应涉及到质子和氧原子扩散步骤、氧原子化学吸附步骤、质子和电子反应步骤及脱附步骤，其中氧还原反应过电位较大、反应动力学迟滞，极大限制了金属空气电池的广泛应用。金属空气电池氧还原催化电极要求与氧气有较强的吸附结合力，以利于O-O键断裂，并与还原生成物有较弱的结合力，以利于生成物脱附，才能实现对金属空气电池氧还原反应的高效催化效应。
目前，现有的金属空气电池氧还原催化电极材料不能满足氧还原反应的高效催化作用要求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种海绵铜基氧还原催化电极材料的制备方法，通过该方法制备的电极材料具有优良的氧还原电催化性能，在金属空气电池领域具有较好的应用前景。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种海绵铜基氧还原催化电极材料的制备方法，包含如下步骤：
步骤[1]海绵铜基Cu3(BTC)2MOF@Ni层的电沉积制备；
步骤[2]海绵铜基镍层负载Cu3(BTC)2MOF纳米岛的Ni2+和Co2+阳离子替代；
步骤[3]YNiO3单分子在Ni3Co3(BTC)4MOF上的合成。
优选的，所述步骤[1]具体包括如下操作：
a1.将二乙酰丙酮镍和二茂镍加入乙醇中混合形成镍源有机溶液；将对甲苯磺酸钠、丙烯酸、苯甲酸单乙醇胺和Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒加入去离子水中，室温下超声波分散3-5小时形成Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒分散均匀的基础悬浊液；将所述镍源有机溶液与所述基础悬浊液按体积比为3～5:5～7的比例混合均匀，形成复合电沉积液；
a2.以海绵铜为阴极，不锈钢板为阳极，电流密度为240-390mA/cm2，在20-40℃下进行恒电流电沉积10-25分钟，从而获得负载Cu3(BTC)2MOF纳米岛的海绵铜基镍层。
优选的，所述镍源有机溶液中二乙酰丙酮镍浓度为210-240g/L、二茂镍浓度为125-140g/L。
优选的，所述基础悬浊液中对甲苯磺酸钠浓度为45-70g/L、丙烯酸浓度为80-110g/L、苯甲酸单乙醇胺浓度为15-35g/L、Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒浓度为25-40g/L。
优选的，所述步骤[2]具体包括如下操作：
将过氧化丁酮、氨基磺酸钴和二乙酰丙酮镍加入去离子水中，混合均匀形成替代液，将该替代液装入反应釜，将获得的海绵铜基Cu3(BTC)2MOF@Ni层浸入替代液，在90-120℃下反应2-3.5小时，冷却到室温后取出，用去离水清洗2遍，40-60℃下干燥1-2.5小时，获得负载Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层。
优选的，所述替代液中过氧化丁酮浓度为2.5-6g/L、氨基磺酸钴浓度为40-75g/L、二乙酰丙酮镍浓度为2-4.5g/L。
优选的，所述步骤[3]具体包括如下操作：
将叔丁基过氧化氢、硫酸钇和丁酸钠加入去离子水中，形成合成液，将获得的负载Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层浸入该合成液中，35-50℃下反应1-3小时，获得所述海绵铜基氧还原催化电极材料。
优选的，所述合成液中叔丁基过氧化氢浓度为4-10g/L、硫酸钇浓度为55-75g/L、丁酸钠浓度为20-40g/L。
本发明的积极效果：根据本发明所述方法制备的催化电极材料，其海绵铜基表面的镍沉积层上负载有分子式为Ni3Co3(BTC)4的金属有机框架MOF纳米岛，同时孤立的单分子YNiO3分散固定在Ni3Co3(BTC)4金属有机框架MOF纳米岛上。其中的Ni3Co3(BTC)4不饱和金属离子提供了较多吸附和催化反应位置，同时其高孔隙率和高比表面积也增加了氧反应界面和扩散通道。此外，单分子YNiO3具有不饱和配位效应，作为氧还原活性中心，能达到很高的反应催化效率。总之，通过该方法制备的电极材料具有优良的氧还原电催化性能，在金属空气电池领域具有较好的应用前景。
附图说明
图1是本发明所述海绵铜基氧还原催化电极材料的制备流程示意图；
图2是金属锌作为金属空气电池的阳极条件下实施例1、实施例2和对比例分别作为金属空气电池的阴极在7.0M氢氧化钾溶液的比电容密度；
图3是金属锌作为金属空气电池的阳极条件下实施例1、实施例2和对比例分别作为金属空气电池的阴极在7.0M氢氧化钾溶液的比能量密度。
具体实施方式
参照图1，本发明提供一种海绵铜基氧还原催化电极材料的制备方法，包含如下步骤：
步骤[1]海绵铜基Cu3(BTC)2MOF@Ni层的电沉积制备，具体包括如下操作：
a1.将二乙酰丙酮镍和二茂镍加入乙醇中混合形成镍源有机溶液，该镍源有机溶液中二乙酰丙酮镍浓度为210-240g/L、二茂镍浓度为125-140g/L；
将对甲苯磺酸钠、丙烯酸、苯甲酸单乙醇胺和Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒加入去离子水中，室温下超声波分散3-5小时形成Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒分散均匀的基础悬浊液；该基础悬浊液中对甲苯磺酸钠浓度为45-70g/L、丙烯酸浓度为80-110g/L、苯甲酸单乙醇胺浓度为15-35g/L、Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒浓度为25-40g/L；
将所述镍源有机溶液与所述基础悬浊液按体积比为3～5:5～7的比例混合均匀，形成复合电沉积液；
a2.以海绵铜为阴极，不锈钢板为阳极，电流密度为240-390mA/cm2，在20-40℃下进行恒电流电沉积10-25分钟，从而获得负载Cu3(BTC)2MOF纳米岛的海绵铜基镍层(海绵铜基表面镍沉积层上负载Cu3(BTC)2金属有机框架MOF纳米岛)。
步骤[2]海绵铜基镍层负载Cu3(BTC)2MOF纳米岛的Ni2+和Co2+阳离子替代，具体包括如下操作：
将过氧化丁酮、氨基磺酸钴和二乙酰丙酮镍加入去离子水中，混合均匀形成替代液，该替代液中过氧化丁酮浓度为2.5-6g/L、氨基磺酸钴浓度为40-75g/L、二乙酰丙酮镍浓度为2-4.5g/L；
将该替代液装入反应釜，将获得的海绵铜基Cu3(BTC)2MOF@Ni层浸入替代液，在90-120℃下反应2-3.5小时，冷却到室温后取出，用去离水清洗2遍，40-60℃下干燥1-2.5小时，完成海绵铜基镍层上负载的Cu3(BTC)2MOF纳米岛的Ni2+和Co2+阳离子替代，获得负载Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层。
步骤[3]YNiO3单分子在Ni3Co3(BTC)4MOF上的合成，具体包括如下操作：
将叔丁基过氧化氢、硫酸钇和丁酸钠加入去离子水中，形成合成液，该合成液中叔丁基过氧化氢浓度为4-10g/L、硫酸钇浓度为55-75g/L、丁酸钠浓度为20-40g/L；
将获得的负载Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层浸入该合成液中，35-50℃下反应1-3小时，完成YNiO3单分子在海绵铜基镍层负载的Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛上的合成，获得所述海绵铜基氧还原催化电极材料(即负载有Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层，同时单分子YNiO3分散固定在Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛上)。
下面对本发明的优选实施例进行举例说明。
实施例1
本发明实施例1提供一种海绵铜基氧还原催化电极材料的制备方法，包含如下步骤：
步骤[1]海绵铜基Cu3(BTC)2MOF@Ni层的电沉积制备，具体包括如下操作：
a1.将二乙酰丙酮镍和二茂镍加入乙醇中混合形成镍源有机溶液，该镍源有机溶液中二乙酰丙酮镍浓度为220g/L、二茂镍浓度为130g/L；
将对甲苯磺酸钠、丙烯酸、苯甲酸单乙醇胺和Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒加入去离子水中，室温下超声波分散4小时形成Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒分散均匀的基础悬浊液；该基础悬浊液中对甲苯磺酸钠浓度为50g/L、丙烯酸浓度为90g/L、苯甲酸单乙醇胺浓度为25g/L、Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒浓度为30g/L；
将所述镍源有机溶液与所述基础悬浊液按体积比为3:7的比例混合均匀，形成复合电沉积液；
a2.以海绵铜为阴极，不锈钢板为阳极，电流密度为280mA/cm2，在30℃下进行恒电流电沉积15分钟，从而获得负载Cu3(BTC)2MOF纳米岛的海绵铜基镍层(海绵铜基表面镍沉积层上负载Cu3(BTC)2金属有机框架MOF纳米岛)。
步骤[2]海绵铜基镍层负载Cu3(BTC)2MOF纳米岛的Ni2+和Co2+阳离子替代，具体包括如下操作：
将过氧化丁酮、氨基磺酸钴和二乙酰丙酮镍加入去离子水中，混合均匀形成替代液，该替代液中过氧化丁酮浓度为3g/L、氨基磺酸钴浓度为45g/L、二乙酰丙酮镍浓度为3g/L；
将该替代液装入反应釜，将获得的海绵铜基Cu3(BTC)2MOF@Ni层浸入替代液，在100℃下反应2.5小时，冷却到室温后取出，用去离水清洗2遍，45℃下干燥1.5小时，完成海绵铜基镍层上负载的Cu3(BTC)2MOF纳米岛的Ni2+和Co2+阳离子替代，获得负载Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层。
步骤[3]YNiO3单分子在Ni3Co3(BTC)4MOF上的合成，具体包括如下操作：
将叔丁基过氧化氢、硫酸钇和丁酸钠加入去离子水中，形成合成液，该合成液中叔丁基过氧化氢浓度为6g/L、硫酸钇浓度为60g/L、丁酸钠浓度为30g/L；
将获得的负载Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层浸入该合成液中，40℃下反应2小时，完成YNiO3单分子在海绵铜基镍层负载的Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛上的合成，获得所述海绵铜基氧还原催化电极材料(即负载有Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层，同时单分子YNiO3分散固定在Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛上)。
实施例2
本发明实施例2提供一种海绵铜基氧还原催化电极材料的制备方法，包含如下步骤：
步骤[1]海绵铜基Cu3(BTC)2MOF@Ni层的电沉积制备，具体包括如下操作：
a1.将二乙酰丙酮镍和二茂镍加入乙醇中混合形成镍源有机溶液，该镍源有机溶液中二乙酰丙酮镍浓度为230g/L、二茂镍浓度为135g/L；
将对甲苯磺酸钠、丙烯酸、苯甲酸单乙醇胺和Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒加入去离子水中，室温下超声波分散4.5小时形成Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒分散均匀的基础悬浊液；该基础悬浊液中对甲苯磺酸钠浓度为60g/L、丙烯酸浓度为100g/L、苯甲酸单乙醇胺浓度为30g/L、Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒浓度为35g/L；
将所述镍源有机溶液与所述基础悬浊液按体积比为4:6的比例混合均匀，形成复合电沉积液；
a2.以海绵铜为阴极，不锈钢板为阳极，电流密度为290mA/cm2，在35℃下进行恒电流电沉积20分钟，从而获得负载Cu3(BTC)2MOF纳米岛的海绵铜基镍层(海绵铜基表面镍沉积层上负载Cu3(BTC)2金属有机框架MOF纳米岛)。
步骤[2]海绵铜基镍层负载Cu3(BTC)2MOF纳米岛的Ni2+和Co2+阳离子替代，具体包括如下操作：
将过氧化丁酮、氨基磺酸钴和二乙酰丙酮镍加入去离子水中，混合均匀形成替代液，该替代液中过氧化丁酮浓度为5g/L、氨基磺酸钴浓度为50g/L、二乙酰丙酮镍浓度为4g/L；
将该替代液装入反应釜，将获得的海绵铜基Cu3(BTC)2MOF@Ni层浸入替代液，在110℃下反应3小时，冷却到室温后取出，用去离水清洗2遍，50℃下干燥2小时，完成海绵铜基镍层上负载的Cu3(BTC)2MOF纳米岛的Ni2+和Co2+阳离子替代，获得负载Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层。
步骤[3]YNiO3单分子在Ni3Co3(BTC)4MOF上的合成，具体包括如下操作：
将叔丁基过氧化氢、硫酸钇和丁酸钠加入去离子水中，形成合成液，该合成液中叔丁基过氧化氢浓度为8g/L、硫酸钇浓度为70g/L、丁酸钠浓度为35g/L；
将获得的负载Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层浸入该合成液中，45℃下反应2.5小时，完成YNiO3单分子在海绵铜基镍层负载的Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛上的合成，获得所述海绵铜基氧还原催化电极材料(即负载有Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层，同时单分子YNiO3分散固定在Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛上)。
对比例
本对比例提供一种海绵铜基镍层负载Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛材料的制备方法，包含如下步骤：
步骤[1]海绵铜基Cu3(BTC)2MOF@Ni层的电沉积制备，具体包括如下操作：
a1.将二乙酰丙酮镍和二茂镍加入乙醇中混合形成镍源有机溶液，该镍源有机溶液中二乙酰丙酮镍浓度为220g/L、二茂镍浓度为130g/L；
将对甲苯磺酸钠、丙烯酸、苯甲酸单乙醇胺和Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒加入去离子水中，室温下超声波分散4小时形成Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒分散均匀的基础悬浊液；该基础悬浊液中对甲苯磺酸钠浓度为50g/L、丙烯酸浓度为90g/L、苯甲酸单乙醇胺浓度为25g/L、Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒浓度为30g/L；
将所述镍源有机溶液与所述基础悬浊液按体积比为3:7的比例混合均匀，形成复合电沉积液；
a2.以海绵铜为阴极，不锈钢板为阳极，电流密度为280mA/cm2，在30℃下进行恒电流电沉积15分钟，从而获得负载Cu3(BTC)2MOF纳米岛的海绵铜基镍层(海绵铜基表面镍沉积层上负载Cu3(BTC)2金属有机框架MOF纳米岛)。
步骤[2]海绵铜基镍层负载Cu3(BTC)2MOF纳米岛的Ni2+和Co2+阳离子替代，具体包括如下操作：
将过氧化丁酮、氨基磺酸钴和二乙酰丙酮镍加入去离子水中，混合均匀形成替代液，该替代液中过氧化丁酮浓度为3g/L、氨基磺酸钴浓度为45g/L、二乙酰丙酮镍浓度为3g/L；
将该替代液装入反应釜，将获得的海绵铜基Cu3(BTC)2MOF@Ni层浸入替代液，在100℃下反应2.5小时，冷却到室温后取出，用去离水清洗2遍，45℃下干燥1.5小时，完成海绵铜基镍层上负载的Cu3(BTC)2MOF纳米岛的Ni2+和Co2+阳离子替代，获得负载Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层(所述海绵铜基镍层负载Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛材料)。
为比较研究实施例1、实施例2和对比例分别作为金属空气电池氧还原电极材料的催化性能，以锌片作为阳极，实施例1、实施例2和对比例分别作为阴极，浓度为7.0M氢氧化钾溶液作为电解质组成金属锌空气电池。根据所消耗单位体积锌的电流与放电时间之积，计算金属锌作为金属空气电池的阳极条件下实施例1、实施例2和对比例分别作为金属空气电池的阴极在7.0M氢氧化钾溶液的比电容密度；根据所消耗单位体积锌的电流与放电时间及放电电压之积，计算金属锌作为金属空气电池的阳极条件下实施例1、实施例2和对比例分别作为金属空气电池的阴极在7.0M氢氧化钾溶液的比能量密度；获得的比电容密度和比能量密度的测试计算结果分别如图2和图3所示。
其中，锌作为金属空气电池的阳极条件下实施例1、实施例2分别作为金属空气电池的阴极的比电容密度为745mA·h·g-1和742mA·h·g-1，明显高于对比例的420mA·h·g-1；此外，锌作为金属空气电池的阳极条件下实施例1、实施例2分别作为金属空气电池的阴极的比能量密度为875W·h·kg-1和880W·h·kg-1，明显高于对比例的541W·h·kg-1。
实验结果证明：根据本发明制备的电极材料具有优良的氧还原电催化性能，在金属空气电池领域具有较好的应用前景。
为进一步详细举例说明，下面提供另外两个实施例。
实施例3
本发明优选实施例3提供一种海绵铜基氧还原催化电极材料的制备方法，包含如下步骤：
步骤[1]海绵铜基Cu3(BTC)2MOF@Ni层的电沉积制备，具体包括如下操作：
a1.将二乙酰丙酮镍和二茂镍加入乙醇中混合形成镍源有机溶液，该镍源有机溶液中二乙酰丙酮镍浓度为210g/L、二茂镍浓度为125g/L；
将对甲苯磺酸钠、丙烯酸、苯甲酸单乙醇胺和Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒加入去离子水中，室温下超声波分散3小时形成Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒分散均匀的基础悬浊液；该基础悬浊液中对甲苯磺酸钠浓度为47g/L、丙烯酸浓度为81g/L、苯甲酸单乙醇胺浓度为15g/L、Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒浓度为28g/L；
将所述镍源有机溶液与所述基础悬浊液按体积比为3:5的比例混合均匀，形成复合电沉积液；
a2.以海绵铜为阴极，不锈钢板为阳极，电流密度为243mA/cm2，在21℃下进行恒电流电沉积12分钟，从而获得负载Cu3(BTC)2MOF纳米岛的海绵铜基镍层(海绵铜基表面镍沉积层上负载Cu3(BTC)2金属有机框架MOF纳米岛)。
步骤[2]海绵铜基镍层负载Cu3(BTC)2MOF纳米岛的Ni2+和Co2+阳离子替代，具体包括如下操作：
将过氧化丁酮、氨基磺酸钴和二乙酰丙酮镍加入去离子水中，混合均匀形成替代液，该替代液中过氧化丁酮浓度为2.5g/L、氨基磺酸钴浓度为45g/L、二乙酰丙酮镍浓度为2.5g/L；
将该替代液装入反应釜，将获得的海绵铜基Cu3(BTC)2MOF@Ni层浸入替代液，在92℃下反应2小时，冷却到室温后取出，用去离水清洗2遍，43℃下干燥1.2小时，完成海绵铜基镍层上负载的Cu3(BTC)2MOF纳米岛的Ni2+和Co2+阳离子替代，获得负载Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层。
步骤[3]YNiO3单分子在Ni3Co3(BTC)4MOF上的合成，具体包括如下操作：
将叔丁基过氧化氢、硫酸钇和丁酸钠加入去离子水中，形成合成液，该合成液中叔丁基过氧化氢浓度为4g/L、硫酸钇浓度为55g/L、丁酸钠浓度为20g/L；
将获得的负载Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层浸入该合成液中，35℃下反应3小时，完成YNiO3单分子在海绵铜基镍层负载的Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛上的合成，获得所述海绵铜基氧还原催化电极材料(即负载有Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层，同时单分子YNiO3分散固定在Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛上)。
实施例4
本发明优选实施例4提供一种海绵铜基氧还原催化电极材料的制备方法，包含如下步骤：
步骤[1]海绵铜基Cu3(BTC)2MOF@Ni层的电沉积制备，具体包括如下操作：
a1.将二乙酰丙酮镍和二茂镍加入乙醇中混合形成镍源有机溶液，该镍源有机溶液中二乙酰丙酮镍浓度为240g/L、二茂镍浓度为140g/L；
将对甲苯磺酸钠、丙烯酸、苯甲酸单乙醇胺和Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒加入去离子水中，室温下超声波分散5小时形成Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒分散均匀的基础悬浊液；该基础悬浊液中对甲苯磺酸钠浓度为70g/L、丙烯酸浓度为105g/L、苯甲酸单乙醇胺浓度为33g/L、Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒浓度为40g/L；
将所述镍源有机溶液与所述基础悬浊液按体积比为3:7的比例混合均匀，形成复合电沉积液；
a2.以海绵铜为阴极，不锈钢板为阳极，电流密度为390mA/cm2，在40℃下进行恒电流电沉积24分钟，从而获得负载Cu3(BTC)2MOF纳米岛的海绵铜基镍层(海绵铜基表面镍沉积层上负载Cu3(BTC)2金属有机框架MOF纳米岛)。
步骤[2]海绵铜基镍层负载Cu3(BTC)2MOF纳米岛的Ni2+和Co2+阳离子替代，具体包括如下操作：
将过氧化丁酮、氨基磺酸钴和二乙酰丙酮镍加入去离子水中，混合均匀形成替代液，该替代液中过氧化丁酮浓度为6g/L、氨基磺酸钴浓度为72g/L、二乙酰丙酮镍浓度为4.5g/L；
将该替代液装入反应釜，将获得的海绵铜基Cu3(BTC)2MOF@Ni层浸入替代液，在120℃下反应2小时，冷却到室温后取出，用去离水清洗2遍，60℃下干燥1.5小时，完成海绵铜基镍层上负载的Cu3(BTC)2MOF纳米岛的Ni2+和Co2+阳离子替代，获得负载Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层。
步骤[3]YNiO3单分子在Ni3Co3(BTC)4MOF上的合成，具体包括如下操作：
将叔丁基过氧化氢、硫酸钇和丁酸钠加入去离子水中，形成合成液，该合成液中叔丁基过氧化氢浓度为10g/L、硫酸钇浓度为75g/L、丁酸钠浓度为38g/L；
将获得的负载Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层浸入该合成液中，50℃下反应1小时，完成YNiO3单分子在海绵铜基镍层负载的Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛上的合成，获得所述海绵铜基氧还原催化电极材料(即负载有Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层，同时单分子YNiO3分散固定在Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛上)。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种海绵铜基氧还原催化电极材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
步骤[1]海绵铜基Cu3(BTC)2MOF@Ni层的电沉积制备；
步骤[2]海绵铜基镍层负载Cu3(BTC)2MOF纳米岛的Ni2+和Co2+阳离子替代；
步骤[3]YNiO3单分子在Ni3Co3(BTC)4MOF上的合成。
2.根据权利要求1所述的一种海绵铜基氧还原催化电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤[1]具体包括如下操作：
a1.将二乙酰丙酮镍和二茂镍加入乙醇中混合形成镍源有机溶液；将对甲苯磺酸钠、丙烯酸、苯甲酸单乙醇胺和Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒加入去离子水中，室温下超声波分散3-5小时形成Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒分散均匀的基础悬浊液；将所述镍源有机溶液与所述基础悬浊液按体积比为3～5:5～7的比例混合均匀，形成复合电沉积液；
a2.以海绵铜为阴极，不锈钢板为阳极，电流密度为240-390mA/cm2，在20-40℃下进行恒电流电沉积10-25分钟，从而获得负载Cu3(BTC)2MOF纳米岛的海绵铜基镍层。
3.根据权利要求2所述的一种海绵铜基氧还原催化电极材料的制备方法，其特征在于：所述镍源有机溶液中二乙酰丙酮镍浓度为210-240g/L、二茂镍浓度为125-140g/L。
4.根据权利要求2所述的一种海绵铜基氧还原催化电极材料的制备方法，其特征在于：所述基础悬浊液中对甲苯磺酸钠浓度为45-70g/L、丙烯酸浓度为80-110g/L、苯甲酸单乙醇胺浓度为15-35g/L、Cu3(BTC)2MOF纳米颗粒浓度为25-40g/L。
5.根据权利要求1所述的一种海绵铜基氧还原催化电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤[2]具体包括如下操作：
将过氧化丁酮、氨基磺酸钴和二乙酰丙酮镍加入去离子水中，混合均匀形成替代液，将该替代液装入反应釜，将获得的海绵铜基Cu3(BTC)2MOF@Ni层浸入替代液，在90-120℃下反应2-3.5小时，冷却到室温后取出，用去离水清洗2遍，40-60℃下干燥1-2.5小时，获得负载Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层。
6.根据权利要求5所述的一种海绵铜基氧还原催化电极材料的制备方法，其特征在于：所述替代液中过氧化丁酮浓度为2.5-6g/L、氨基磺酸钴浓度为40-75g/L、二乙酰丙酮镍浓度为2-4.5g/L。
7.根据权利要求1所述的一种海绵铜基氧还原催化电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤[3]具体包括如下操作：
将叔丁基过氧化氢、硫酸钇和丁酸钠加入去离子水中，形成合成液，将获得的负载Ni3Co3(BTC)4MOF纳米岛的海绵铜基镍层浸入该合成液中，35-50℃下反应1-3小时，获得所述海绵铜基氧还原催化电极材料。
8.根据权利要求7所述的一种海绵铜基氧还原催化电极材料的制备方法，其特征在于，所述合成液中叔丁基过氧化氢浓度为4-10g/L、硫酸钇浓度为55-75g/L、丁酸钠浓度为20-40g/L。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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