[发明专利]一种改性MXene负载Ni催化剂及其制备方法和在双氧水生产中的应用

说明书

本发明公开了一种改性MXene负载Ni催化剂及其制备方法和在双氧水生产中的应用。该催化剂主要是以一种新型的二维材料MXene(Ti₃C₂)为载体，以Ni为活性组分，其中活性组分的负载量按载体的质量计为0.1~10wt%，并将制备好的催化剂用于电催化阴极氧气还原制备双氧水。本发明制备方式简单，可高效的对氧气进行选择性的还原产生双氧水，该催化剂具有良好的催化稳定性及机械稳定性，可以长时间进行使用，有很大的应用潜力。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种改性MXene负载Ni催化剂及其制备方法和该催化剂在双氧水生产中的应用。

背景技术

MXene作为一种新型的二维材料，其结构类似于石墨烯，相比于石墨烯，它具有更好的导电性和价格低的优势，同时，通过研究，发现MXene与负载的金属的结合能更大，更有利于负载金属的均匀分布，这不仅可以暴露更多的活性位，提高催化剂的活性，更能提高催化剂的稳定性，防止金属的流失。近年来，随着材料科学的发展，对MXene的研究也越来越成为热门，其良好的物化性质，导电性以及机械稳定性造就了广泛应用的潜力，经过几年的研究，MXene被应用于各个领域，如储氢材料，锂离子电池材料，生物制药，加氢催化剂，以及各种电化学反应过程。在电化学反应中的应用主要包括析氢反应，析氧反应，以及阴极的氮气还原。

目前MXene在氧还原方面的应用较少，由于MXene在空气中极易发生氧化，在其表面形成氧化物，影响其导电性，进而降低其作为电催化剂载体的稳定性。因此在保证其活性的情况下提高其化学稳定性一个亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供了一种改性MXene负载Ni催化剂及其制备方法，它具有制备简单，催化效率高，很好的氧还原稳定性等优点，有着广泛的应用前景。

所述的一种改性MXene负载Ni催化剂，其特征在于催化剂由载体和负载于载体上的Ni组成，载体为改性二维材料MXene(Ti₃C₂)，Ni为活性组分，负载量以载体质量计为0.1 ~10 wt %，优选为5 wt %。

本发明还提供了一种改性MXene负载Ni催化剂的制备方法，其包括如下步骤：

1）先将Ti₃AlC₂置于两口烧瓶中，加入氧化剂，剧烈搅拌数个小时，然后取出进行超声处理一段时间；

2）将超声后的溶液进行洗涤过滤，然后向其中加入酸溶液，搅拌，超声，再进行洗涤、过滤；

3）将得到的样品进行干燥处理，收集并标记为Ti₃C₂。

4）对Ti₃C₂进行改性，通过高温NH₃的焙烧，得到N掺杂的Ti₃C₂。

5)通过将Ni的前驱体与通过步骤4）改性后的催化剂进行混合，加入乙醇溶液，鼓入氮气保护，然后加入还原剂进行还原，搅拌数个小时，进行洗涤，过滤，干燥，得到催化剂Ni/N-Ti₃C₂。

进一步的，步骤1）先将Ti₃AlC₂置于两口烧瓶中，加入氧化剂，氧化剂为过氧化氢；Ti₃AlC₂与过氧化氢的量比为1g：5~30ml，优选为20ml，双氧水浓度为10~40wt %，优选为25wt %，剧烈搅拌数个小时，搅拌时间为5~20小时，优选为15小时，温度为18~35℃，优选为25℃；然后取出进行超声处理一段时间，超声功率为200~700 W，优选为450 W，时间为0.5~5h，优选为2h。