[发明专利]一种羧芳基功能化的MXene材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种羧芳基功能化的MXene材料，具有M_n+1X_n‑Ph(COOH)₂结构；其中，所述的M为第IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB族中的任意一种或至少两种金属元素；X为C、N元素中的任意一种或两种的组合；n为1、2或3。该羧芳基功能化的MXene材料与重金属络合能力强，并且可以催化芳基硼酸合成酚的反应，避免了双氧水的使用，提高合成方法的安全性。本发明还公开了该羧芳基功能化的MXene材料的制备方法，MXene材料经碱水解后与氨基苯二甲酸进行重氮化反应，得到羧芳基功能化的MXene新材料。制备工艺简单易行，条件温和。本发明还公开了羧芳基功能化的MXene材料在废水净化、催化芳基硼酸原位羟基化合成酚中的应用。本发明还公开了一种羧芳基功能化的MXene材料负载型钯催化剂及其制备方法和应用。

技术领域

本发明涉及二维材料技术领域，具体涉及一种羧基功能化的MXene材料及其制备方法和应用。

背景技术

MXene材料是一类层状二维碳/氮化物，通常通过化学蚀刻法抽离其母相材料MAX相(M_n+1AX_n，n＝1-3，M为过渡金属，A为IIIA或IVA族元素，X为C或N)中的A层原子层得到。由于其高比表面积，亲水性，吸附性和高表面反应活性，所以MXene在很多领域引起了研究工作者们的广泛关注，可用于吸附重金属、超级电容器、锂离子电池、催化等多个领域。

使用含氟化物的酸性溶液刻蚀MAX相制备的MXene的表面往往含有-OH、-Cl和-F等基团，简记为M_n+1X_nT_m，其中T_m表示表面末端基团。虽然通过后期处理可以合成特定末端基团的MXene，但至今有关这方面的报道较少(钛基及钼基MXene在催化中的应用，硕士学位论文，2019)。

酚类化合物在预防和治疗各种各样的疾病方面起着很重要的作用，已引起化学工作者的广泛兴趣。工业上合成酚类化合物的方法主要有氧化法或卤代芳烃水解等，反应条件比较苛刻，生产成本高。为了解决这个问题，化学工作者们用芳基硼酸直接进行原位羟基化合成酚，一方面，芳基硼酸低毒；另一方面，芳基硼酸在空气中稳定性高，市场上直接有售，且价格低廉。因此，用芳基硼酸合成酚的反应在有机合成中已经受到了广泛关注。芳基硼酸原位羟基化合成酚类化合物一般采用的氧化剂为氧气和双氧水。文献(ACSSustainable ChemistryEngineering,2019,7:9028-9034.)公开了一种利用氧化石墨烯作为催化剂，在用双氧水水溶液作为氧化剂的条件下，苯硼酸发生原位羟基化生成苯酚。然而原料双氧水因存在安全性问题而被管制。因此，开发一种芳基硼酸羟基化合成酚类化合物的新方法显得尤为重要。

发明内容

本发明提供了一种羧芳基功能化的MXene材料，通过重氮化反应将对二甲酸苯基通过共价键键合到MXene材料上，在保持MXene材料结构和特性的同时，提升了MXene材料与有机物的结合能力以及与重金属络合能力。另外，该羧芳基功能化的MXene材料可以催化苯硼酸羟基化合成苯酚，避免了双氧水的使用，提高合成方法的安全性。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案为：

一种羧芳基功能化的MXene材料，所述的羧芳基功能化的MXene材料具有M_n+1X_n-Ph(COOH)₂结构；

其中，

所述的M为第ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB族中的任意一种或至少两种金属元素；X为C、N元素中的任意一种或两种的组合；

n为1、2或3；

所述的-Ph(COOH)₂为