【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化材料，具体涉及一种基于mxene负载zif的氧还原电催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着世界的高速发展和人口数量的持续增长，加剧了传统化石燃料的消耗速度，并且伴随着诸多的环境问题，严重影响着人们的生活。以燃料电池、金属空气电池为代表的电化学能源转化与存储技术成本低、环境友好并且安全性能高，被认为是应对能源危机和环境问题最可行有效的新能源技术之一，受到广泛的关注。
2、在燃料电池及金属空气电池中，氧还原反应(orr)是转换能量的重要反应，但是氧还原反应路径比较复杂，且反应活化能较高，常常伴随有副反应，导致其缓慢的反应动力学速率，抑制了氧化剂的还原；而铂类贵金属催化剂是目前广泛使用的阴极氧还原电催化剂，但其存在的储量过低，价格昂贵，易中毒失活等缺点限制了铂类贵金属催化剂在实际生产过程中的规模化应用。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的第一个目的是提供一种基于mxene负载zif的氧还原电催化剂的制备方法，该制备方法简单、普适，制备得到的氧还原电催化剂为具有超高的比表面积、丰富的活性位点、高效的传质通道和良好的导电性的复合材料，从而实现优异的orr电催化活性。
2、本专利技术的第二个目的是提供一种基于mxene负载zif的氧还原电催化剂，该氧还原电催化剂具有优异的氧还原电催化性能，在电催化领域展示出广阔的前景。
3、本专利技术的第三个目的是提供一种基于mxene负载zif的氧还原电催化剂的应用。
4、本
5、s1、将max粉体加入氢氟酸溶液中，搅拌刻蚀，调ph>6，离心收集固体，真空干燥获得多层mxene粉末；
6、s2、将所述多层mxene粉末加入到二甲基亚砜中搅拌，离心收集固体，得到dmso插层的mxene；在所述dmso插层的mxene中加入去离子水并且超声，离心得到mxene分散液；
7、s3、将金属盐的甲醇溶液加入到所述mxene分散液中，加入2-甲基咪唑的甲醇溶液，搅拌，过滤收集固体，真空干燥获得mxene负载zif的复合材料；
8、s4、在保护气体的保护下，将所述mxene负载zif的复合材料进行煅烧处理，得到基于mxene负载zif的氧还原电催化剂。
9、优选地，所述步骤s1中的mxene为ti3c2tx、ti2ctx、nb3c2tx、v2ctx、mo2ctx中的一种，t表示表面官能团，x表示原子个数。
10、优选地，所述步骤s1中的max粉体与氢氟酸的质量比为8～25；所述氢氟酸溶液的质量分数为40％。
11、优选地，所述步骤s2中多层mxene粉末与二甲基亚砜的质量比为10～30。
12、优选地，所述金属盐为zn(no3)2、zn(no3)2·6h2o、zncl2、zncl2··6h2o、co(no3)2、co(no3)2·6h2o、cocl2和cocl2·6h2o中的一种或多种。
13、优选地，所述金属盐与所述mxene分散液的质量比为1:50～1:120；；所述金属盐的甲醇溶液的浓度为0.01～0.5mol/l。
14、优选地，所述金属盐与2-甲基咪唑的摩尔比为2:1～1:15；所述2-甲基咪唑的甲醇溶液的浓度为0.1～5mol/l。
15、优选地，一种基于mxene负载zif的氧还原电催化剂的制备方法，，包括以下步骤：
16、s1、将max粉体加入质量分数为40％的氢氟酸溶液中，在室温下搅拌刻蚀18小时后，用去离子水反复洗涤至ph>6，通过离心收集固体，真空干燥获得多层mxene粉末；
17、s2、在室温下，将所述多层mxene粉末加入到二甲基亚砜中搅拌18小时后，用去离子水稀释，在3000～4500rpm下离心收集固体，得到dmso插层的mxene；在所述dmso插层的mxene中加入去离子水并且超声0.5～3小时，在3000～4500rpm下离心得到mxene分散液；
18、s3、将金属盐的甲醇溶液加入到所述mxene分散液中，加入2-甲基咪唑的甲醇溶液，室温搅拌反应10～60分钟后，过滤收集固体，真空干燥获得mxene负载zif的复合材料；
19、s4、在保护气体的保护下，将所述mxene负载zif的复合材料在800～1000℃下煅烧处理1～5小时，得到基于mxene负载zif的氧还原电催化剂。
20、本专利技术所采用的第二个技术方案是：一种基于第一个技术方案中所述制备方法制得的氧还原电催化剂。
21、本专利技术所采用的第三个技术方案是：一种如第二个技术方案中所述氧还原电催化剂的应用，包括用于电催化氧还原反应。
22、上述技术方案的有益效果：
23、(1)本专利技术公开的一种基于mxene负载zif的氧还原电催化剂的制备方法采用氢氟酸刻蚀max粉体得到具有分层结构的mxene，随后通过dmso插层，超声剥离得到片状的mxene，再加入金属盐和2-甲基咪唑使片状mxene上生长出zif，最后经过高温煅烧处理，得到复合结构的氧还原电催化剂；该制备方法简单、制备中所用到的材料资源丰富、普适性高，制备得到的氧还原电催化剂为具有超高的比表面积、丰富的活性位点、高效的传质通道和良好的导电性的复合材料，从而实现优异的orr电催化活性，在电催化领域展示出广阔的前景和实用价值。
24、(2)mxene是一种新型二维材料，具有类石墨烯状形貌，通常用化学式mn+1xntx表示，其中m代表早期过渡金属，x为c或n元素，t为表面官能团(-f，-o或-oh)，这些官能团能够控制和影响离子的吸附扩散、电子和磁性等表面化学性质；mxene优异的电子导电性和表面亲水性以及丰富的表面积使mxene在电催化方面被广泛报道；而zif(沸石咪唑酯骨架结构材料)是由过渡金属元素与咪唑或咪唑类有机配体以四配位的方式组装形成的类沸石咪唑骨架材料；由于同时拥有mof和沸石的特性，通常表现出超高表面积、单峰微孔隙，结晶度高，丰富的功能团和特殊的热、化学稳定性，这些特性使得zif具有广阔的应用前景；因此，本专利技术采用二维mxene作为zif纳米颗粒的载体制备复合结构可将两者的优势有机结合起来，得到具有超高的比表面积、丰富的活性位点、高效的传质通道和良好的导电性的复合材料，从而实现优异的orr电催化活性。
25、(3)本专利技术通过简单、普适的方法，利用mxene表面丰富的官能团，得到二维片状mxene负载zif纳米颗粒的复合材料(即氧还原电催化剂c-zif/mxene)；该复合材料(c-zif/mxene)的三维多孔网络结构有利于充分暴露活性位点，改善传质过程并增强电子转移速率；同时复合材料(c-zif/mxene)超高的比表面积、丰富的活性位点、高效的传质通道和良好的导电性协同促使该复合材料具有优异的电催化氧还原性能。
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1.一种基于MXene负载ZIF的氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的MXene为Ti3C2Tx、Ti2CTx、Nb3C2Tx、V2CTx、Mo2CTx中的一种，T表示表面官能团，x表示原子个数。
3.根据权利要求1所述的氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的MAX粉体与氢氟酸的质量比为8～25；所述氢氟酸溶液的质量分数为40％。
4.根据权利要求1所述的氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中多层MXene粉末与二甲基亚砜的质量比为10～30。
5.根据权利要求1所述的氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述金属盐为Zn(NO3)2、Zn(NO3)2·6H2O、ZnCl2、ZnCl2·6H2O、Co(NO3)2、Co(NO3)2·6H2O、CoCl2和CoCl2·6H2O中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述金属盐与所述MXene分散液的质量比为1:
7.根据权利要求1所述的氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述金属盐与2-甲基咪唑的摩尔比为2:1～1:15；所述2-甲基咪唑的甲醇溶液的浓度为0.1～5mol/L。
8.根据权利要求1所述的氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.一种基于权利要求1-8任一项所述制备方法制得的MXene负载ZIF的氧还原电催化剂。
10.一种如权利要求9所述MXene负载ZIF的氧还原电催化剂在电催化氧还原反应中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种基于mxene负载zif的氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中的mxene为ti3c2tx、ti2ctx、nb3c2tx、v2ctx、mo2ctx中的一种，t表示表面官能团，x表示原子个数。
3.根据权利要求1所述的氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中的max粉体与氢氟酸的质量比为8～25；所述氢氟酸溶液的质量分数为40％。
4.根据权利要求1所述的氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中多层mxene粉末与二甲基亚砜的质量比为10～30。
5.根据权利要求1所述的氧还原电催化剂的制备方法，其特征在于，所述金属盐为zn(no3)2、zn(no3)2·6h2o、zncl2、zncl2·6h2...
【专利技术属性】
技术研发人员：周鹏，刘云杰，黄晓霞，张祺祺，李鑫，高扬，刘琮佩璘，欧阳恬灵，
申请(专利权)人：湖北航天化学技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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