【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電極材料，特別涉及zif衍生的cozns電極材料及其制備方法和應用。
技術介紹
1、氫能作為一種極具潛力的可持續清潔能源，其零排放和高能量密度的特性使其成為替代化石燃料的理想選擇之一。然而傳統制氫方法往往能耗高、成本昂貴，且部分過程依賴于化石燃料，限制了氫能的大規模商業化應用。因此，探索高效、環境友好的制氫技術，特別是利用可再生能源驅動的催化析氫反應，成為了當前研究的熱點。
2、當前，氫氣的生產途徑包括如化石燃料重整、電解水的不同方式。在這些方式中，水電解被認為是一種具有前景的制氫方法，因為它是環境友好的，并且反應物水是豐富且可再生的，因此人們越來越關注用于水分解的電極材料的研究。為了達成電解水制氫的高效經濟化，關鍵在于研制出兼具高效催化性能、高度穩定性和低廉成本的電催化劑。目前，電化學水分解技術所采用的催化劑主要包括基于貴金屬、過渡金屬以及金屬-有機骨架化合物幾大類。挑戰在于金屬催化劑在酸性環境中穩定性欠佳，而以貴金屬為基礎的催化劑則因造價昂貴和來源稀缺缺點，而且貴金屬基催化劑在堿性介質中進行析氫反應需要較高的過電位，不適合用于大規模產業化應用。
3、目前，二維過渡金屬硫化物材料由于其獨特的原子構型與電子結構，已經在催化領域引起廣泛關注。研究表明，二維過渡金屬硫化物材料的催化活性位點一般是邊緣處配位不飽和原子，而其基面大量原子實際上并沒有參與催化過程，從而不能展示出二維材料高比表面積的優勢。那么，在制備二維過渡金屬硫化物材料時需在其二維層狀結構上構建更多的活性邊緣，目前大多數硫化物制備仍采
技術實現思路
1、針對上述現有技術存在的不足，本專利技術提供了zif衍生的cozns電極材料及其制備方法和應用，本專利技術以可溶性鈷鹽和可溶性鋅鹽為原料，以nh4f為緩沖劑和結構導向劑，采用尿素提供弱堿環境，通過采用溶劑熱反應制得泡沫鎳-cozn前驅體，然后通過二甲基咪唑的配位作用與泡沫鎳-cozn前驅體進行配位，且泡沫鎳-cozn前驅體晶型小，因此會不斷向著zif轉換，促進配位反應進程，繼而引入zif-67結構，得到zif衍生前驅體，再控制對zif衍生前驅體的硫化條件，制備出具有穩定三維結構的zif衍生的cozns電極材料。采用本專利技術方法制得的zif衍生的cozns電極材料具有較大、均勻的mof結構及三維陣列，這為后續電催化析氫反應提供了充足的活性位點和穩定的物理結構，且cozns電極材料有更多的活性邊緣，因此表現出更多的催化位點，克服現有技術二維過渡金屬硫化物材料催化位點密度低的技術缺陷。
2、為解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案：
3、zif衍生的cozns電極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
4、以可溶性zn鹽和可溶性co鹽為原料，以nh4f為緩沖劑和結構導向劑，緩沖劑能夠維持混合液的ph，結構導向劑能夠引導鋅鈷氫氧化物的生長，采用尿素提供弱堿環境，將可溶性zn鹽、可溶性co鹽、nh4f和尿素共同混合于水中，得到混合液，向混合液中浸入泡沫鎳后，進行溶劑熱反應，于三維的泡沫鎳基底上原位生長了具有片層陣列結構的鋅鈷氫氧化物，得到泡沫鎳-cozn前驅體。
5、將二甲基咪唑溶于水，得到二甲基咪唑溶液。
6、將泡沫鎳-cozn前驅體浸入至二甲基咪唑溶液中，并靜置，靜置過程中，二甲基咪唑與泡沫鎳-cozn前驅體上的鋅離子和鈷離子進行配位，形成了大的配位基團，且泡沫鎳-cozn前驅體晶型較小，因此會不斷向著zif轉換，促進配位反應進程，繼而于泡沫鎳-cozn前驅體上引入zif-67，得到zif衍生前驅體。
7、將zif衍生前驅體與na2s混合于水中，并進行水熱反應，水熱過程中，s2-與zif-67上的有機配位基團進行陰離子交換反應，獲得多孔結構，且對zif衍生前驅體的鋅離子和鈷離子進行硫化，得到zif衍生的cozns電極材料。
8、優選的，可溶性zn鹽的zn2+與可溶性co鹽的co2+的摩爾比為1:1-3，對zn2+與co2+的摩爾比能夠進行調控，且co2+的量能夠略高于zn2+的量。
9、優選的，混合液中，nh4f的濃度為0.1-0.4mol/l，尿素的濃度為0.2-0.4mol/l，使得混合液的ph大于7小于9。
10、優選的，溶劑熱反應的條件為：于110-140℃下加熱5-10h。
11、優選的，二甲基咪唑與泡沫鎳-cozn前驅體上的cozn前驅體的質量比為50-70：1。
12、優選的，靜置時間≥2h。
13、優選的，zif衍生前驅體減去泡沫鎳后的質量與na2s的質量比為1：1-4，二者質量之比經過實驗篩選獲得。
14、優選的，水熱反應的條件為：于80-100℃水熱反應6-10h，水熱時間過短導致硫化反應不充分，硫化物未完全形成，且多孔結構有限；水熱時間過長則導致過度硫化，在這個過程中硫化物發生團聚，比表面積降低。溫度過低反應速率過低，溫度過高則反應過于劇烈，破壞了zif衍生的cozns電極材料整體結構。
15、本專利技術還保護了上述制備方法制得的zif衍生的cozns電極材料。
16、本專利技術還保護了zif衍生的cozns電極材料在制備電催化析氫陰極材料中的應用。
17、與現有技術相比，本專利技術的有益效果在于：
18、1、本專利技術以可溶性zn鹽、可溶性co鹽、nh4f、尿素和泡沫鎳為原料，先通過溶劑熱反應制備得到了泡沫鎳-cozn前驅體，其中nh4f為緩沖劑和結構導向劑，尿素則提供弱堿性環境，獲得的泡沫鎳-cozn前驅體中，在三維泡沫鎳基底上制備了具有片層陣列結構的鋅鈷氫氧化物，片層相互穿插形成，因此具有較大的比表面積，這為后續zif衍生的cozns電極材料合成提供大面積模板；然后將泡沫鎳-cozn前驅體浸入至二甲基咪唑中，二甲基咪唑與鋅離子和鈷離子進行配位，且泡沫鎳-cozn前驅體晶型小，因此會不斷向著zif轉換，促進配位反應進程，繼而于泡沫鎳-cozn前驅體上原位引入zif-67，即zif-67在泡沫鎳-cozn前驅體片層上直接轉化生長，因此繼承了泡沫鎳-cozn前驅體的大比表面積，同時本專利技術將金屬前驅體與有機配體相結合形成金屬有機配體，得到zif衍生前驅體；再將zif衍生前驅體采用硫化鈉就行硫化，硫化過程中，s2-與zif-67上的有機配位基團進行陰離子交換反應，半徑較大的有機配位基團由zif-67中出來，半徑較小的s2-進入至zif-67中，進一步進行了造孔，進一步擴大比表面積，比表面積增大有更多的活性邊緣，增加催化位點密度，獲得zif衍生的cozns電極材料。
19、2、采用本專利技術方法制得的zif衍生的cozns電極材料具有較大比表面積和充足的催化位點，這得益于zif衍生的cozns電極材料的陣列框架和本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.ZIF衍生的CoZnS電極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的ZIF衍生的CoZnS電極材料的制備方法，其特征在于，可溶性Zn鹽的Zn2+與可溶性Co鹽的Co2+的摩爾比為1：1-3。
3.根據權利要求1所述的ZIF衍生的CoZnS電極材料的制備方法，其特征在于，混合液中，NH4F的濃度為0.1-0.4mol/L，尿素的濃度為0.2-0.4mol/L。
4.根據權利要求1所述的ZIF衍生的CoZnS電極材料的制備方法，其特征在于，溶劑熱反應的條件為：于110-140℃下加熱5-10h。
5.根據權利要求1所述的ZIF衍生的CoZnS電極材料的制備方法，其特征在于，二甲基咪唑與泡沫鎳-CoZn前驅體上CoZn前驅體的質量比為50-70：1。
6.根據權利要求1所述的ZIF衍生的CoZnS電極材料的制備方法，其特征在于，靜置時間≥2h。
7.根據權利要求1所述的ZIF衍生的CoZnS電極材料的制備方法，其特征在于，ZIF衍生前驅體減去泡沫鎳后的質量與Na2S的質量比為1：1-4
8.根據權利要求1所述的ZIF衍生的CoZnS電極材料的制備方法，其特征在于，水熱反應的條件為：于80-100℃水熱反應6-10h。
9.一種權利要求1-8任一項所述制備方法制得的ZIF衍生的CoZnS電極材料。
10.一種權利要求9所述的ZIF衍生的CoZnS電極材料在制備電催化析氫陰極材料中的應用。
...【技術特征摘要】
1.zif衍生的cozns電極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的zif衍生的cozns電極材料的制備方法，其特征在于，可溶性zn鹽的zn2+與可溶性co鹽的co2+的摩爾比為1：1-3。
3.根據權利要求1所述的zif衍生的cozns電極材料的制備方法，其特征在于，混合液中，nh4f的濃度為0.1-0.4mol/l，尿素的濃度為0.2-0.4mol/l。
4.根據權利要求1所述的zif衍生的cozns電極材料的制備方法，其特征在于，溶劑熱反應的條件為：于110-140℃下加熱5-10h。
5.根據權利要求1所述的zif衍生的cozns電極材料的制備方法，其特征在于，二甲基咪唑與泡沫...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鮑菊生，劉有，仰海鸚，姚雯濤，桂忠慶，張婷，汪徐春，
申請(專利權)人：安徽科技學院，
類型：發明
國別省市：
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