[发明专利]一种超薄异质界面Ti3

说明书

本发明提供了一种超薄异质界面Ti₃C₂T_x/LDH复合电催化剂材料，由二维超薄Ti₃C₂T_x和LDH形成的异质界面，可以加快界面处电荷的转移。其特征表现为复合材料是面与面之间通过金属氧键桥联形成异质界面；设定M为所述超薄Ti₃C₂T_x，所述双金属氢氧化物为LDH，所述含超薄异质界面Ti₃C₂T_x/LDH复合的结构为M‑LDH。本发明将具有OER性能的LDH，与良好导电性的Ti₃C₂T_x复合，提高了复合材料的催化位点活性，从而增强了电催化析氧性能，且本发明方法简单易行、成本低，可以批量生产。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，涉及一种超薄异质界面Ti₃C₂T_x/LDH及其制备方法。

背景技术

由于化石燃料的过度使用，能源危机和环境问题日益突出，科学家们逐渐关注于绿色储能转化系统，如电解水、空气电池。其中的关键步骤是电催化析氧反应(OER)。由于该反应固有较高的能级壁垒和缓慢的反应动力学，因此需要高效的电催化剂来驱动反应，从而提高反应效率和降低能级壁垒。目前，贵金属催化剂二氧化铱(IrO₂)和二氧化钌(RuO₂)是主要的商用OER电催化剂，然而资源有限，成本高，极大地限制了其大规模的实际应用。层状双金属氢氧化物(LDH)由于其超薄的结构和活性的结构单元，可以在碱性环境中代替贵金属催化剂实现高效的OER催化。通过异质界面的构筑能够进一步增强LDH的催化活性，Ti₃C₂T_x作为一种常见的MXene材料拥有优秀的导电性和超薄的结构与LDH复合，能够形成超薄的异质界面。该复合界面不但可以增强电子的传递而且能够改变活性中心金属的电子结构，从而实现高效的OER催化。

如中国专利局于2019年11月05日公开；的一种超薄层状FeNi-LDH-FePC@MXene双功能催化剂及其制备方法及其应用的发明专利申请，申请公开号为CN110404588A。以MXene为载体，铁盐、镍盐和酞菁铁FePc作为金属源，合成复合催化剂。该方法通过分步合成，制备超薄层状FeNi-LDH-FePC@MXene双功能催化剂，图1中可以看出材料分布不均匀，尺寸相对偏大；图2中，看出材料的OER性能不佳。

相关文献如NiCo-LDH/Ti₃C₂ MXene hybrid materials for lithium ionbattery with high-rate capability and long cycle life在报导中，以MXene为基底，LDH与之复合。图3可观察到MXene与LDH复合，表面形貌较厚，其催化性能不佳。

以上研究报告和发明不能实现LDH和MXene材料在二维方向上的异质界面构筑，达不到较高的OER活性。

发明内容

本发明提供了一种超薄异质界面Ti₃C₂T_x/LDH的析氧电催化剂及其制备方法，本方法通过将金属有机框架MOF和Ti₃C₂T_x进行复合转换成Ti₃C₂T_x/LDH形成超薄异质界面制备了高效的催化剂，对制备过程中的工艺参数、原料种类进行选择和优化，解决了传统贵金属催化剂的导电性和催化效能较低的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：