[发明专利]一种二维普鲁士蓝类似物@MXene复合电催化剂的原位制备方法

说明书

本发明涉及复合材料的合成领域，针对传统方法合成的块体PBA材料电导率低、暴露活性位点有限的问题，提供一种二维普鲁士蓝类似物@MXene复合电催化剂的原位制备方法，包括以下步骤：取MAX相固体，经HF溶液2‑24h刻蚀后，去离子水离心洗涤烘干得到多层MXene粉末；取多层MXene粉末与配体均匀分散在去离子水中，室温搅拌后离心收集，得到MXene前驱体；MXene前驱体中加入含有柠檬酸钠和金属盐的溶液，室温下搅拌0.5‑12 h后离心收集，干燥得粉末状的二维普鲁士蓝类似物@MXene复合电催化剂。本发明工艺高效稳定，工艺流程简单，有效节约能源，能作为电催化剂催化析氢反应及电解水反应。

技术领域

本发明涉及复合材料的合成领域，尤其是涉及一种二维普鲁士蓝类似物@MXene复合电催化剂的原位制备方法。

背景技术

随着科技不断地进步，人们对清洁和可再生能源的需求不断增加，其中最为清洁的氢能源已然成为了目前最理想的新能源。电催化析氢反应（HER）为可持续绿色生产氢能提供了更可行的方案。近年来，一些商业贵金属基催化剂在不同电解液中表现出了优异的电化学析氢活性，但是由于这些贵金属资源稀缺以及高成本，使得这些贵金属基催化剂不能实现广泛地应用。

与贵金属催化剂相比，一些过渡金属氧化物、硫化物、磷化物以及一些金属有机骨架(MOFs)因具有简单的合成工艺、可控的电子结构和低成本的优势，在电催化析氢中展现出优异的电化学活性和稳定性。普鲁士蓝类似物（PBA）作为MOFs的一种，因其具有均匀的孔隙率、高的比表面积以及组分可调，在电催化制氢上得到了广泛地应用。然而传统方法合成的块体PBA材料因自身的低电导率及有限的暴露活性位点严重制约了其在HER中的应用。一篇公告号为CN109928409A的中国专利文献上公开了一种普鲁士蓝类似物及其制备方法、阴极材料和应用， 普鲁士蓝类似物的制备方法包括以下步骤：以水为溶剂，将铁氰化钾和硝酸锌进行共沉淀反应，得到反应液；将反应液静置，得到沉淀物；及将沉淀物干燥，得到化学式为K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂的普鲁士蓝类似物。上述普鲁士蓝类似物的制备方法操作简单，且能够得到晶粒大小在300 nm左右、循环稳定性较好的普鲁士蓝类似物。但是该发明的普鲁士蓝类似物的形貌结构不可控，性能不够稳定。另一方面MOFs分散性差以及易团聚的问题也会大大降低其催化性能。据此需要一种理想的解决方案。

发明内容

本发明为了克服传统方法合成的块体PBA材料电导率低、暴露活性位点有限的问题，提供一种二维普鲁士蓝类似物@MXene复合电催化剂的原位制备方法，其工艺高效稳定，工艺流程简单，有效节约能源，能作为电催化剂催化析氢反应及电解水反应。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种二维普鲁士蓝类似物@MXene复合电催化剂的原位制备方法，包括以下步骤：

（1）取MAX相固体，经HF溶液2-24 h刻蚀后，去离子水离心洗涤烘干得到多层MXene粉末；

（2）取步骤（1）制得的多层MXene粉末与配体均匀分散在去离子水中，多层MXene粉末和配体的质量比为(0.2-2):(0.5-5)，配体的浓度为0.01-20 mg/mL，室温搅拌5-360 min后离心收集，得到MXene前驱体；

（3）在步骤（2）制得的MXene前驱体中加入含有柠檬酸钠和金属盐的溶液， MXene前驱体和金属盐的投料质量比为(0.2-2):(0.5-5)，金属盐在溶液中的浓度为0.01-20 mg/mL，室温下搅拌0.5-12 h后离心收集，干燥得粉末状的二维普鲁士蓝类似物@MXene复合电催化剂。