[发明专利]一种二维NiFe-MOF纳米片的碳量子点复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种一种二维NiFe‑MOF纳米片的碳量子点复合材料的制备方法，属于能源环境及新型二维材料合成技术领域。本发明采用分子融合法合成了碳量子点，以碳量子点为辅助剂，与镍和铁的无机盐溶液、对苯二甲酸和三乙胺在室温下通过自上而下的合成策略原位制备具有优异的电催化氧析出活性的二维NiFe‑MOF纳米复合材料。本发明的合成方法简单、反应温和、形貌和结构可控，且在合成中未加入任何表面活性剂，可以省去材料制备工艺中高温煅烧等后续处理工艺，减少能源消耗和污染。

技术领域

本发明涉及一种二维NiFe-MOF纳米片的碳量子点辅助合成方法，属于能源环境及新型二维材料合成技术领域。

背景技术

金属有机框架(MOFs)作为一种多孔配位聚合物，得益于其较大的比表面积、可调控的孔径大小、结构可控和丰富的金属催化中心，已被广泛应用于药物运输、气体吸附和分离、催化反应和二次储能体系。由于高比表面积和相对较高的表面能性质，二维纳米材料已经被开发出具有独特性质的储能材料。二维MOFs纳米片作为二维材料之一，因其厚度为几纳米，加速了传质和电荷转移，并受益于其更易获得的活性中心，往往具有优异的催化性能。然而，在没有表面活性剂辅助的情况下，通过自下而上的合成策略直接获得二维MOF纳米片是非常具有挑战性的。人们通常采用物理和化学方法将块状MOFs剥离成二维MOF，但这种方法仍然面临着低收率和繁琐合成步骤的限制，无法实现可扩展的应用。

碳纳米材料以其独特的物理和化学性质，主要包括富勒烯、碳纳米管和碳量子点(CQDs)等，在诸多技术领域中受到了广泛的研究。一般而言，碳量子点主要指尺寸小于10nm，同时以碳质骨架和表面修饰的官能团构成的纳米材料。其碳质骨架通常以sp²杂化的C-O、C＝C、O-C＝O以及石墨碳，或者是sp²和sp³混合杂化构成的无定形碳组成。为了使碳量子点具有更好的性质和应用前景，研究人员通常在其表面修饰一些官能团，例如羟基和羧基等。碳量子点制备过程简单、成本低廉、稳定性好，同时具有优异的光生电子转移能力，是理想的电子接受体和给予体。近年来，随着大量研究的不断深入，人们发现将碳量子点复合在其它材料内，可以起到改变复合物内部电子结构的作用，从而获得更理想的物理化学特性。低成本碳量子点是原位辅助合成二维材料的最佳候选者。此外，碳量子点由于具有丰富的活性中心，在催化领域引起了广泛的关注。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种二维NiFe-MOF纳米片的碳量子点复合材料的制备方法，实现二维金属有机框架复合材料的快速、可控、低成本制备。将碳量子点与其他材料相结合构建复合材料具有强大的反应活性，碳量子点在使用过程中作为结构调节剂和一种活性位点发挥双功能作用，可促进二维材料的形成并提高复合物的电催化能力。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种二维NiFe-MOF纳米片的碳量子点复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将10-200mg前驱物溶解于10-50mL有机溶剂中，在聚四氟乙烯反应釜中反应6-30h，将初产物进行抽滤和透析，然后在不高于60℃干燥初产物，获得碳量子点的固体粉末，作为富氧型碳量子点；

(2)将Ni和Fe的无机盐溶于去离子水中，搅拌0.5-2h，得到无机盐溶液；

另外，将富氧型碳量子点、对苯二甲酸分散在N,N-二甲基乙酰胺中，搅拌0.5-2h，使之完全溶解，得到碳量子点溶液；

(3)将无机盐溶液快速转移加入到碳量子点溶液中，继续搅拌15-20min，充分混合后，相混合液中加入0.5-5mL三乙胺，快速封好烧杯口后，进行超声4-12h；最后，乙醇离心洗涤，真空干燥，得到二维NiFe-MOF纳米片的碳量子点复合材料。

优选地，在所述步骤(1)中，所述前驱物采用邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚、1,2,3-苯三酚、1,3,5-苯三酚、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸和苯均四酸中至少一种。