[发明专利]一种富含不饱和配位的二维陶瓷材料催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种富含不饱和配位的二维陶瓷材料催化剂及其制备方法和应用，所述二维陶瓷材料催化剂的制备方法包括以下步骤：在刻蚀剂的作用下，刻蚀剂中的插层物质将MAX相材料插层剥离制得二维MXene材料，即制得所述二维陶瓷材料催化剂，所述MAX相材料为Ti₃AlC₂、Cr₂AlC、V₂AlC、Nb₂AlC中的至少一种；所述刻蚀剂为盐酸与LiF的混合物，或者草酸。本发明所制备的催化剂为具有不饱和配位的二维纳米层状催化剂。本发明方法合成的催化剂含氟烷烃脱HF制备含氟烯烃反应中具有良好的催化活性和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种富含不饱和配位的二维陶瓷材料催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

二维晶体是指只有单个或几个原子厚度的二维材料，这种材料因为其绝对的二维结构而具备了奇异的特性与功能。石墨烯是最典型的二维晶体，具有优异的性能，但是石墨烯并不是二维原子晶体材料的尽头，一些具有特殊性能包含其它元素的二维晶体成为现在的研究焦点。MXene是一种新型二维晶体，具有与石墨烯类似的结构。其化学式为M_n+1X_n，n＝1、2、3，M为早期过渡金属元素，X为碳或/和氮元素。MXene作为一类全新的二维材料(金属碳氮化物的总称)，因其本征的纳米层状结构、可调的比表面积、良好的亲水性、优异的导电性和力学性能，使其在可充电电池、超级电容器、光(电)催化剂、透明导电膜、电磁干扰屏蔽和传感器、原油和重金属的吸附剂以及柔性高强度复合材料等众多领域具有广阔的应用前景。

MXene的母体材料MAX相是一类化学式为M_n+1AX_n的三元层状化合物，其中A为Ⅲ、Ⅳ主族元素。研究表明，MAX的晶体结构中，X原子填充于M原子形成的八面体空隙中，A原子层通过类似插层的方式存在于M和X形成的交替片层中，即过渡金属碳化物或氮化物层与纯A原子片层按照···/[M_n+1Xn]/A/[M_n+1X_n]/A···交替排列。现有技术采用氢氟酸来刻蚀掉A原子片层从而获得MXene，但操作条件苛刻，且高浓度的氢氟酸毒性较大且具有极强的腐蚀性，使制备方法具有一定的危险性。并且如果刻蚀时间过长、温度过高以及氢氟酸浓度过高，会使MXene产生一定的溶解，对MXene的应用造成不利的影响。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种富含不饱和配位的二维陶瓷材料催化剂及其制备方法和应用，本发明制备二维陶瓷材料催化剂的方法条件温和，制备周期短，且绿色环保。本发明所制备的催化剂为具有不饱和配位的二维纳米层状催化剂。本发明方法合成的催化剂含氟烷烃脱HF制备含氟烯烃反应中具有良好的催化活性和稳定性。

所述的一种富含不饱和配位的二维陶瓷材料催化剂的制备方法，其特征在于在刻蚀剂的作用下，刻蚀剂中的插层物质将MAX相材料插层剥离制得二维MXene材料，即制得所述二维陶瓷材料催化剂，所述MAX相材料为Ti₃AlC₂、Cr₂AlC、V₂AlC、Nb₂AlC中的至少一种；所述刻蚀剂为盐酸与LiF的混合物，或者草酸。

所述的一种富含不饱和配位的二维陶瓷材料催化剂的制备方法，其特征在于所述刻蚀剂为盐酸与LiF的混合物，刻蚀剂中的插层物质为Li⁺，刻蚀剂中的插层物质将MAX相材料插层剥离的具体过程为：浓盐酸加水稀释至8～10mol/L的浓度，形成溶液A；向溶液A中加入LiF并搅拌均匀，然后加入MAX相材料，并于30～55℃水浴加热搅拌10～24h后离心分离，所得固体经去离子水洗涤以除去其表面的盐酸和反应生成的LiCl，干燥，即得到所述二维陶瓷材料催化剂。

所述的一种富含不饱和配位的二维陶瓷材料催化剂的制备方法，其特征在于LiF在所述溶液A中的浓度为8～10mol/L，优选为9mol/L；LiF与MAX相材料的质量比为1:1。