一种具有磺酸基基团的改性MXene材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有磺酸基官能团的MXene材料的制备方法，其过程为：MAX相材料先经氢氟酸蚀刻后，得到具备手风琴结构的二维层状MXene材料；二维层状MXene材料再经具有磺酸基阴离子的离子液体进行改性，使其手风琴结构进一步被剥离形成少层结构，且离子液体的阴离子基团迁移结合到二维层状MXene材料表面，即得具有磺酸基基团的改性MXene材料。使用本发明专利技术制备的带有磺酸基阴离子的Pd/V2C催化剂催化苯乙炔加氢反应时具有很高的催化活性和催化剂稳定性，催化剂在循环使用6次时依然具有很高的催化活性。本发明专利技术的具有磺酸基团的MXene材料的制备方法，具有方法简单、反应安全、磺酸基团稳定性好等优点。磺酸基团稳定性好等优点。磺酸基团稳定性好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种具有磺酸基基团的改性MXene材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及材料领域，具体涉及一种具有磺酸基基团的改性MXene材料的制备方法。

技术介绍

[0002]MXene作为一种新型的二维碳材料，拥有优秀的导电性、亲水性、高比表面积、可调节的表面官能团，已经成为了负载贵金属的载体的有力候选材料，其被大量应用在电催化领域和光催化领域，MXene中的金属还可以与负载金属发生相互作用，可以修饰贵金属的电子结构，与其有很好的互补性。但是仍然有其弱点，MXene在空气中容易被氧化，丢失其活性位，导致催化剂活性降低，因此在保存时通常需要将其溶解在去离子水中，并通入氮气保存。而且MXene表面带有一F、
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OH、=O等官能团，是制备复合材料的理想相。
[0003]目前，MXene已经多达20多种，制备方法也从传统的氢氟酸蚀刻法（Advanced Materials，2011，23(37)：4248_4253）发展到了盐酸和氟化物盐混合溶液蚀刻法（Advanced Electronic Materials, 2016, 2(12): 1600255）、熔融盐蚀刻法（Nano
‑ꢀ
scale, 2016, 8(22): 11385
‑
11391）。但是这些制备方法得到的MXene依然存在着不稳定、应用范围小的缺点，同时部分制备方法条件苛刻，容易破坏MXene的二维层状结构。
[0004]离子液体（IonicLiquid）是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的在室温下呈液态的有机盐，作为一种新型的极性溶剂，几乎没有蒸汽压、不可燃性、非挥发性、良好的化学稳定性和热稳定性、可循环利用及对环境友好，故称之为“绿色”化学溶剂，离子液体自发现以来，其应用于发展逐渐走向多元化，尤其是功能化离子液体的概念的提出。功能化离子液体的基团可以通过化学方法引入到载体骨架或载体表面上，可以进一步调控载体或者活性金属的性质，使其具有不同于仅含简单活性金属的负载型催化剂。目前已有使用离子液体对活性炭进行改性，提高其对芳香烃的吸附能力（ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY，1006
‑
1878.2020.02.013）、以及利用离子液体对无定型硅胶改性用于催化加氢反应（Chemical Communications，2005，36（43）：2942
‑
2944.）的研究，但是受限于这类载体的较为单一的物理化学性质，这类改性材料用于有机芳香烃的吸附性、催化加氢的选择性都有待提高。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种具有磺酸基基团的改性MXene材料的制备方法。
[0006]所述的一种具有磺酸基基团的改性MXene材料的制备方法，其特征在于MAX相材料先经氢氟酸蚀刻后，得到具备手风琴结构的二维层状MXene材料；二维层状MXene材料再经具有磺酸基阴离子的离子液体进行改性，使其手风琴结构进一步被剥离形成少层结构，且离子液体的阴离子基团迁移结合到二维层状MXene材料表面，即得具有磺酸基基团的改性MXene材料。
[0007]所述的一种具有磺酸基基团的改性MXene材料的制备方法，其特征在于所述MAX相材料为MAX碳化钒铝或MAX碳化钛铝。
[0008]所述的一种具有磺酸基基团的改性MXene材料的制备方法，其特征在于所述MAX相材料为MAX碳化钒铝，制备改性MXene材料的具体步骤如下：1）将MAX碳化钒铝浸没在质量浓度30
‑
50%的氢氟酸溶液中，在20
‑
80℃温度下蚀刻反应12~48h，MAX碳化钒铝经过蚀刻反应转化为多层碳化钒产物；然后将反应产物置于超声环境下超声10~60 min，再进行抽滤，所得固体经去离子水洗涤，以便去除蚀刻掉的铝以及未反应完全的氢氟酸，干燥即得二维层状MXene碳化钒；2）将步骤1）所得二维层状MXene浸没在插层剂中，然后在室温下插层6~48 h；插层结束后离心分离MXene与插层剂，所得MXene固体经去离子水洗涤2
‑
4次以去除残留的插层剂，将得到的MXene分散在去离子水中，通入氮气密封保存，制得MXene的悬浮液；3）向步骤2）所得MXene的悬浮液中加入具有磺酸基阴离子的离子液体，在30
‑
40℃温度下搅拌反应20
‑
40min，即反应生成具有磺酸基基团的改性MXene材料。
[0009]所述的一种具有磺酸基基团的改性MXene材料的制备方法，其特征在于步骤1）中，MAX碳化钒铝的质量与氢氟酸溶液的体积之比是1 : 30~80，质量的单位是g，体积的单位是mL。
[0010]所述的一种具有磺酸基基团的改性MXene材料的制备方法，其特征在于步骤2）中，插层剂为二甲基亚砜或四丁基氢氧化铵。
[0011]所述的一种具有磺酸基基团的改性MXene材料的制备方法，其特征在于步骤3）中，所述离子液体为1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑甲烷磺酸盐、1
‑
丁基
‑
3甲基咪唑双氰胺盐、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐或氯化胆碱，优选为1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑甲烷磺酸盐；步骤1）投料的MAX碳化钒铝的质量与步骤3）投料的离子液体的体积之比是1:1~10，优选为1:2~8，质量的单位是g，体积的单位是mL。
[0012]所述的一种具有磺酸基基团的改性MXene材料的制备方法，其特征在于还包括贵金属粒子的负载步骤，具体过程如下：步骤3）反应结束后，直接在反应后混合液中加入含贵金属前驱体的水溶液，在35
‑
85℃温度下反应4~10小时，然后将产物进行抽滤，在60
‑
70℃温度下干燥4
‑
12h，即得离子液体改性的贵金属多相催化剂。
[0013]所述的一种具有磺酸基基团的改性MXene材料的制备方法，其特征在于所述贵金属前驱体为PdCl2，贵金属多相催化剂上负载的贵金属粒子为Pd，所述贵金属粒子的粒径为1~50nm，优选为1~15nm。
[0014]由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有以下优势：1、本专利技术以碳化钒铝前驱体和氢氟酸、离子液体为原料，经蚀刻、负载生成了具有磺酸基官能团的MXene材料。与普通的MXene相比，本专利技术的具有磺酸基团的MXene材料的制备方法，具有方法简单、反应安全、磺酸基团稳定性好等优点。
[0015]2、本专利技术的具有有磺酸基官能团的MXene材料的制备过程中，氢氟酸和碳化钒铝混合均匀后，在温和的温度下加热搅拌，通过这种方式可以使碳化钒铝中的铝在蚀刻时不会对整个MXene的层状结构造成破坏，而离子液体在与MXene的接触过程中，离子液体的阴离子基团会迁移到MXen本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有磺酸基基团的改性MXene材料的制备方法，其特征在于MAX相材料先经氢氟酸蚀刻后，得到具备手风琴结构的二维层状MXene材料；二维层状MXene材料再经具有磺酸基阴离子的离子液体进行改性，使其手风琴结构进一步被剥离形成少层结构，且离子液体的阴离子基团迁移结合到二维层状MXene材料表面，即得具有磺酸基基团的改性MXene材料。2.如权利要求1所述的一种具有磺酸基基团的改性MXene材料的制备方法，其特征在于所述MAX相材料为MAX碳化钒铝或MAX碳化钛铝。3.如权利要求2所述的一种具有磺酸基基团的改性MXene材料的制备方法，其特征在于所述MAX相材料为MAX碳化钒铝，制备改性MXene材料的具体步骤如下：1）将MAX碳化钒铝浸没在质量浓度30
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50%的氢氟酸溶液中，在20
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80℃温度下蚀刻反应12~48h，MAX碳化钒铝经过蚀刻反应转化为多层碳化钒产物；然后将反应产物置于超声环境下超声10~60 min，再进行抽滤，所得固体经去离子水洗涤，以便去除蚀刻掉的铝以及未反应完全的氢氟酸，干燥即得二维层状MXene碳化钒；2）将步骤1）所得二维层状MXene浸没在插层剂中，然后在室温下插层6~48 h；插层结束后离心分离MXene与插层剂，所得MXene固体经去离子水洗涤2
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4次以去除残留的插层剂，将得到的MXene分散在去离子水中，通入氮气密封保存，制得MXene的悬浮液；3）向步骤2）所得MXene的悬浮液中加入具有磺酸基阴离子的离子液体，在30
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40 ℃温度下搅拌反应20
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40 min，即反应生成具有磺酸基基团的改性MXene材料。4.如权利要求3所述的一种具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏中哲，赵梓江，王建国，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：