本發(fā)明屬于材料科學(xué)和化學(xué)工程，具體涉及一種高比表面積mxene聚集體的制備方法及其在催化co2加氫反應(yīng)中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在材料科學(xué)領(lǐng)域，二維材料由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用前景而受到廣泛關(guān)注。mxene，作為一類新興的二維無機(jī)化合物，自2011年首次被報道以來，因其卓越的電導(dǎo)性、親水性質(zhì)以及在能源存儲、電磁屏蔽、傳感器等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用而備受矚目。mxene的通式為mn+1xntx，其中m代表過渡金屬(如ti，mo等)，x代表碳或氮，n通常為1到3，而tx表示表面末端基團(tuán)(如-oh，-f，-o等)。

2、然而，由于范德華力作用，mxene材料容易出現(xiàn)層與層堆積，其比表面積很小，通常低于10m2/g。針對mxene層間堆積的問題，目前采取的主要方法是在mxene層間填充其他物質(zhì)的方法。北京化工大學(xué)的徐冰教授提出了使用聚偏氟乙烯(pvdf)作為插層材料阻礙mxene層與曾堆積的方法，復(fù)合物的比表面積達(dá)到了168m2/g(adv.funct.mater.2019,1906282)。但是pvdf熱穩(wěn)定性很差，不能用于高溫場景。悉尼理工大學(xué)的weizhai?bao等采用凍干工藝也獲得了高比表面積的mxene，其原理在于將堆積前的mxene冷凍，避免其堆積，使用冷凍干燥除去溶劑(joule?2,2018,778–787)。盡管這些方法可以有效地合成高比表面積mxene，但是需要往mxene內(nèi)加入其他物質(zhì)或需要使用復(fù)雜的合成工藝，因此，開發(fā)合成高比表面積mxene的工藝依然是當(dāng)前的重要研究方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對mxene容易堆積導(dǎo)致層間間距過小，限制物質(zhì)擴(kuò)散造成的影響，提供一種利用鹽析效應(yīng)合成高比表面積mxene聚集體的方法，該方法不僅提高了mxene的比表面積，而且簡化了生產(chǎn)流程，降低了生產(chǎn)成本，同時對環(huán)境的影響也得到了顯著減少，將其應(yīng)用在催化co2加氫反應(yīng)中，co2的加氫轉(zhuǎn)化率可達(dá)20％，且對co的選擇性接近100％，顯著提高了mxene聚集體用于co2加氫的催化活性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明一方面提供一種高比表面積mxene聚集體的制備方法，所述方法包括以下步驟：

4、(1)單層和少層mxene懸浮液的制備：將mxene、剝離劑和溶劑混合后超聲處理，得到單層和少層mxene懸浮液；

5、(2)鹽析法制備高比表面積mxene聚集體：

6、將含鹽/酸/堿電解質(zhì)溶液加入步驟(1)得到的單層和少層mxene懸浮液中，使mxene自發(fā)聚集，沉淀，將得到的mxene聚集體沉淀過濾，洗滌，再將濾餅真空干燥，得到高比表面積mxene聚集體。

7、步驟(1)所述mxene具有mnxn-1t2n的化學(xué)通式，其中m為過渡金屬，x為c或n，t為表面端基，包括但不限于-o，-oh，-f，-cl，選用外購或通過以下制備方法制得，制備方法包括：使用磷酸、氫氟酸、鹽酸水溶液在水熱條件下刻蝕制備mxene；使用hf刻蝕法在室溫下刻蝕制備mxene，其中hf刻蝕法還包括使用鹽酸與氟鹽混合原位制取氫氟酸的方法。

8、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，所述剝離劑包括四甲基氫氧化銨、四丙基氫氧化氨中的一種或兩種。

9、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，所述溶劑包括水、乙醇、丙酮、乙醚、乙腈中的一種或多種，優(yōu)選為水或乙醇水溶液。

10、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，所述含鹽/酸/堿電解質(zhì)包括碳酸銨、碳酸鈉、硫酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、鹽酸、硫酸、甲酸中的一種或多種；該含鹽/酸/堿電解質(zhì)溶解到溶液中可以電離出h+、oh-、nh4+、金屬離子和非金屬離子及離子團(tuán)，借助鹽析效應(yīng)改變mxene表面電荷狀態(tài)，破壞mxene表面電離平衡使之自發(fā)聚集并沉淀。

11、本發(fā)明另一方面提供一種上述方法制得的mxene聚集體，所述mxene聚集體的比表面積為15-100m2/g。

12、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，所述mxene聚集體的比表面積為50-100m2/g。

13、本發(fā)明還提供一種將上述mxene聚集體在co2加氫制co中的應(yīng)用。

14、本發(fā)明的有益效果為：

15、本發(fā)明方法利用鹽析效應(yīng)聚沉單層和少層mxene制備高比表面積mxene聚集體，制得的mxene聚集體具有最大超過90m2/g的比表面積，達(dá)到傳統(tǒng)單層mxene粉末的10倍以上，比表面積實(shí)現(xiàn)了顯著增加，在sem下mxene呈卷曲堆積結(jié)構(gòu)，避免了層與層間的緊密堆積。同時該mxene聚集體具有微孔和孔徑為10～100nm的介孔結(jié)構(gòu)，這些獨(dú)特的孔隙特性賦予該材料在催化材料領(lǐng)域的應(yīng)用前景。除了在催化劑領(lǐng)域的應(yīng)用，這種高比表面積mxene聚集體還可用于催化劑載體，并在可充電電池、超級電容器、傳感器等多個領(lǐng)域展現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用前景。

16、與將mxene與納米微球、高分子材料復(fù)合等方法相比，利用鹽析效應(yīng)聚沉mxene不需要在mxene中加入任何影響mxene物理化學(xué)性質(zhì)的物質(zhì)，且mxene聚集體具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，適用于催化劑材料。

17、在合成工藝方面，本發(fā)明提供了利用鹽析效應(yīng)快速聚沉單層和少層mxene的方法，沉淀后的mxene聚集體對水、乙醇等的親和性低、密度大，在洗滌mxene時可選用過濾或沉淀的方式分離溶液和mxene，而mxene懸浮液在溶液中不會沉淀，且很難過濾，有效簡化了生產(chǎn)流程。

技術(shù)特征：

1.一種高比表面積mxene聚集體的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述剝離劑包括四甲基氫氧化銨、四丙基氫氧化氨中的一種或兩種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述溶劑包括水、乙醇、丙酮、乙醚、乙腈中的一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述含鹽/酸/堿電解質(zhì)溶液中含鹽/酸/堿電解質(zhì)包括碳酸銨、碳酸鈉、硫酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、鹽酸、硫酸、甲酸中的一種或多種。

5.一種權(quán)利要求1-4任一項所述方法制得的mxene聚集體，其特征在于，所述mxene聚集體的比表面積為15-100m2/g。

6.根據(jù)權(quán)利要5所述的mxene聚集體，其特征在于，所述mxene聚集體的比表面積為50-100m2/g。

7.一種權(quán)利要求5或6所述mxene聚集體在co2加氫制co中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于材料科學(xué)和化學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高比表面積MXene聚集體的制備方法及其在催化CO<subgt;2</subgt;加氫反應(yīng)中的應(yīng)用。包括以下步驟：(1)將MXene、剝離劑和溶劑混合后超聲處理，得到單層和少層MXene懸浮液；(2)將含鹽/酸/堿電解質(zhì)溶液加入單層和少層MXene懸浮液中，使MXene自發(fā)聚集，沉淀，將得到的MXene聚集體沉淀過濾，洗滌，再將濾餅真空干燥，得到高比表面積MXene聚集體。本發(fā)明制得的MXene具有最大超過90m<supgt;2</supgt;/g的比表面積，達(dá)到傳統(tǒng)單層MXene粉末的10倍以上，比表面積實(shí)現(xiàn)了顯著增加，在催化材料、可充電電池、超級電容器、傳感器等多個領(lǐng)域展現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：劉岳峰,馬軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15