一种卟啉金属有机框架衍生分级孔氮掺杂碳基钴单原子电催化剂及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115845895A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211308164.1(22)申请日2022.10.25(71)申请人常州大学地址213164江苏省常州市武进区滆湖路21号(72)发明人荣坚陈望一郑旭东张雨哲李忠玉(74)专利代理机构常州市英诺创信专利代理事务所(普通合伙)32258专利代理师李楠(51)Int.Cl.B01J27/24(2006.01)B01J37/08(2006.01)H01M4/88(2006.01)H01M4/90(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称一种卟啉金属有机框架衍生分级孔氮掺杂碳基钴单原子电催化剂及其制备方法(57)摘要本发明属于电催化剂和电化学储能技术领域，涉及一种卟啉金属有机框架衍生分级孔氮掺杂碳基钴单原子电催化剂及其制备方法，包括，基于钴盐、卟啉类配体和聚乙烯吡咯烷酮采用溶剂热法合成二维结构卟啉基MOF，并通过浸泡在其孔道内吸附富氮功能客体形成富氮客体/卟啉基MOF复合物，烘干后，在惰性气体下高温碳化，最后采用氢氟酸稀溶液刻蚀金属纳米颗粒，制得含Co‑N4C单原子活性中心的氮掺杂碳基钴单原子电催化剂，电催化剂中Co单原子含量6wt％以上。该制备方法过程简单，得到的催化剂结构独特，在能源存储和转换领域具有广阔的应用前景。CN115845895ACN115845895A权利要求书1/1页1.一种卟啉金属有机框架衍生分级孔氮掺杂碳基钴单原子电催化剂的制备方法，其特征在于：包括，基于钴盐、卟啉类配体和聚乙烯吡咯烷酮采用溶剂热法合成二维结构卟啉基MOF，并通过浸泡在其孔道内吸附富氮功能客体形成富氮客体/卟啉基MOF复合物，烘干后，在惰性气体下高温碳化，最后采用氢氟酸稀溶液刻蚀金属纳米颗粒，制得含Co‑N4C单原子活性中心的氮掺杂碳基钴单原子电催化剂，电催化剂中Co单原子含量6wt％以上。2.根据权利要求1所述的卟啉金属有机框架衍生分级孔氮掺杂碳基钴单原子电催化剂的制备方法，其特征在于：卟啉基MOF的制备包括：将钴盐、卟啉类配体和聚乙烯吡咯烷酮加入到三氯甲烷和甲醇的混合溶液中PVP浓度为0.1～2.0mg/mL；溶液在超声充分溶解后，转移到高温耐压瓶反应器中，密封，在60～150℃下反应6～48h；冷却，离心分离，甲醇、三氯甲烷和乙醇分别清洗多次后真空干燥得到卟啉基MOF，真空干燥，得到卟啉基MOF。3.根据权利要求2所述的卟啉金属有机框架衍生分级孔氮掺杂碳基钴单原子电催化剂的制备方法，其特征在于：钴盐为钴的硝酸盐或者醋酸盐中的一种，浓度为0.05～1.0mg/mL；卟啉类配体为5,10,15,20‑四(4‑氨基苯基)卟啉、5,10,15,20‑四(4‑吡啶基)卟啉、5,10,15‑三(4‑氨基苯基)咔咯和5,10,15‑三(4‑吡啶基)咔咯中的一种，浓度为0.05～1.0mg/mL。4.根据权利要求2所述的卟啉金属有机框架衍生分级孔氮掺杂碳基钴单原子电催化剂的制备方法，其特征在于：钴盐为Co(CH3COO)2·4H2O，浓度为0.2mg/mL；和/或，卟啉类配体为5,10,15,20‑四(4‑吡啶基)卟啉，浓度为0.2mg/mL。5.根据权利要求1所述的卟啉金属有机框架衍生分级孔氮掺杂碳基钴单原子电催化剂的制备方法，其特征在于：富氮客体/卟啉基MOF复合物的制备包括：将富氮客体和卟啉基MOF充分分散在乙醇和去离子水的混合液中，卟啉基MOF浓度0.5～5.0mg/mL，静置吸附0.5～10h，离心分离沉淀物，乙醇和去离子水分别清洗多次，真空干燥，得到富氮客体/卟啉基MOF复合物。6.根据权利要求5所述的卟啉金属有机框架衍生分级孔氮掺杂碳基钴单原子电催化剂的制备方法，其特征在于：富氮客体为尿素、三聚氰胺、二氰二氨、壳聚糖、三嗪等中的一种，浓度为0.5～3.0mg/mL。7.根据权利要求5所述的卟啉金属有机框架衍生分级孔氮掺杂碳基钴单原子电催化剂的制备方法，其特征在于：富氮客体为尿素，浓度为1.5mg/mL。8.根据权利要求1所述的卟啉金属有机框架衍生分级孔氮掺杂碳基钴单原子电催化剂的制备方法，其特征在于：HP‑CoSANC电催化剂的制备包括：将富氮客体/卟啉基MOF在惰性气体氛围中，先升温至300℃下维持30min后继续升温至400～900℃下碳化30～180min，升温速率为0.5‑10℃/min；然后维持在惰性气体下冷却至室温，获得并收集黑色样品，将其浸泡在80℃下的20％HF溶液中10h，最终，离心收集，水和乙醇清洗至中性，惰性气体氛围下干燥。9.根据权利要求1所述的卟啉金属有机框架衍生分级孔氮掺杂碳基钴单原子电催化剂的制备方法，其特征在于：惰性气体为N2和Ar中的一种。2C