具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法及应用。一种具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法包括步骤：将含Mo的MXene纳米材料分散于分散液中得到纳米分散液；将纳米分散液涂覆于工作电极上；将涂覆有纳米分散液的工作电极与参比电极及对电极组成三电极体系，三电极体系的电解液的pH值为0～6；及对三电极体系外加电压进行电化学反应得到具有Mo空位的MXene纳米片。上述具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法，采用电化学剥离的方式可以实现纳米片层材料的完全剥离，避免了大量使用有机溶剂，工艺更为简单且产率明显提高；能够对其表面特性进行调控以制备得到具有大量Mo空位的MXene纳米片，使得具有Mo空位的MXene纳米片具有更好的电催化析氢反应活性。

【技术实现步骤摘要】
具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法及应用
本专利技术涉及新材料
，特别是涉及具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法及应用。
技术介绍
MXene是一种新型的二维层状材料，包括过渡金属碳化物，氮化物等。由于其具有优异的导电性，化学稳定性和亲水性，MXene在锂/钠离子电池，锂硫电池，超级电容器，水分解等领域表现出了优异的电化学性能。理论计算表明MXene表面的O-终止位是电催化析氢反应的催化活性位点。然而，目前制备得到的MXene的电催化活性都不太理想，因此，筛选出具有较好的电催化活性的MXene，并对其进行改性是目前研究MXene在电催化领域的研究热点。并且，目前MXene纳米片的制备主要是利用有机溶剂的嵌入从而进行剥离，然而，此方法一般需要较为复杂的步骤，且产率较低。
技术实现思路
基于此，有必要针对目前制备得到的MXene的电催化活性不太理想，且采用有机溶剂嵌入MXene材料进行剥离的方式步骤复杂且产率较低的问题，提供一种具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法及应用。一种具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法，包括步骤：将含Mo的MXene纳米材料分散于分散液中得到纳米分散液；将所述纳米分散液涂覆于工作电极上；将所述涂覆有纳米分散液的工作电极与参比电极及对电极组成三电极体系，所述三电极体系的电解液的pH值为0～6；及对所述三电极体系外加电压进行电化学剥离和活化得到具有Mo空位的MXene纳米片。在其中一个实施方式中，所述含Mo的MXene纳米材料为Mo2TiC2纳米材料或Mo2C纳米材料。在其中一个实施方式中，所述分散液选自水、异丙醇和乙醇中的至少一种。在其中一个实施方式中，所述分散液为水和异丙醇的混合液，其中，水与异丙醇的体积比为1:4～4:1；或，所述分散液为水和乙醇的混合液，其中，水和乙醇的体积比为1:4～4:1。在其中一个实施方式中，所述工作电极为玻碳电极或碳纸电极，所述纳米分散液在所述工作电极上的涂覆量为0.04mg/cm2～0.5mg/cm2；及/或，所述参比电极为硫酸亚汞电极，所述对电极为碳棒电极。在其中一个实施方式中，所述对所述三电极体系外加电压进行电化学反应得到具有Mo空位的MXene纳米片的步骤中采用恒电位扫描的方式外加电压进行电化学反应，所述恒电位扫描的方式中电位为100mVvsRHE～-500mVvsRHE，所述采用恒电位扫描的方式外加电压进行电化学反应的时间为2h～100h。在其中一个实施方式中，所述对所述三电极体系外加电压进行电化学反应得到具有Mo空位的MXene纳米片的步骤中采用阴极线性扫描的方式外加电压进行电化学反应，所述阴极线性扫描的方式中电位的扫描范围为0～-AmVvsRHE，其中，400≤A≤550；电位扫描的速率为5mV/s～100mV/s，电位扫描的圈数为1000圈～5000圈。在其中一个实施方式中，所述三电极体系的电解液选自硫酸、盐酸、磷酸和高氯酸的至少一种。在其中一个实施方式中，所述将含Mo的MXene纳米材料分散于分散液中得到纳米分散液的步骤前还包括制备含Mo的MXene纳米材料的步骤：将前驱体MAX加入到HF酸中在35℃～55℃的温度下反应24h～48h得到反应液，将所述反应液离心后对下层固体进行洗涤至上层清液的pH值为6～7。上述的具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法制备得到的具有Mo空位的MXene纳米片在电催化析氢反应中的应用。上述具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法，采用电化学剥离的方式对含Mo的MXene纳米材料进行剥离，可以实现纳米片层材料的完全剥离，避免了大量使用有机溶剂，工艺更为简单且生产周期短、产率明显提高；另外，采用含Mo的MXene纳米材料，能够制备得到具有Mo空位的MXene纳米片，且采用电化学的方式进行剥离能够对其表面特性进行调控以制备得到具有大量Mo空位的MXene纳米片，使得具有Mo空位的MXene纳米片具有更好的电催化析氢反应活性。附图说明图1为一实施方式的具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法的工艺流程图；图2为图1所示的具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法的流程示意图；图3为实施例1中含Mo的MXene纳米材料在剥离前(a)、剥离中(b、c)和剥离后(d)的扫描电镜照片；图4为与图3对应的含Mo的MXene纳米材料剥离过程的示意图；图5为实施例1中制备得到的Mo2TiC2纳米材料扫描透射电镜照片；图6为实施例1中制备得到的Mo2TiC2纳米片的扫描透射电镜照片；图7为实施例1中Mo2TiC2纳米材料在进行恒电位扫描的电化学活性图；图8为实施例5中Mo2TiC2纳米材料在进行阴极线性扫描的极化曲线，其中，(a)扫描圈数为1，(b)扫描圈数为100，(c)扫描圈数为200，(d)扫描圈数为1000，(e)扫描圈数为1500，(f)扫描圈数为2000；图9为实施例10中采用有机溶液剥离得到的Mo2TiC2纳米片进行阴极线性扫描的极化曲线，扫描圈数为1。具体实施方式下面将结合具体实施方式及附图对具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法做进一步的详细说明。请参阅图1，一实施方式的具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法包括以下步骤：S110、制备含Mo的MXene纳米材料。制备MXene纳米材料一般采用前驱体MAX和氢氟酸(HF)作为原材料，前驱体MAX的结构式一般为Mn+1AXn，其中M，A和X分别代表过渡金属，IIIA或者IVA族的主要元素、碳或者氮元素。MAX结构中的上下层暴露的面一般是过渡金属。由MAX制备MXene的过程一般需要较为严苛的合成条件，常用的方法是利用HF对其前驱体Mn+1AXnMAX进行处理，腐蚀掉MAX结构中的Al元素，得到相对应的MXene。在腐蚀的过程中，MXene的过渡金属表面会被-O、-OH或者-F元素所取代。目前得到广泛制备和研究的MXene主要包括Ti2C、V2C、Nb2C、Ti3C2、Nb4C3、Mo2C和Mo2TiC2等。理论计表明，-O终止位的MXene是电催化析氢反应的催化活性位点。然而目前制备得到的MXene的电催化活性都不太理想。可选择的用于电催化析氢反应的MXene主要是以过渡金属Mo为主要暴露面，包括Mo2C，Mo2TiC2等，可以提高MXene纳米片的催化析氢活性。在其中一个实施方式中，制备含Mo的MXene纳米材料的步骤包括：S111、将前驱体MAX加入到HF酸中在35℃～55℃的温度下反应24h～48h得到反应液。在其中一个实施方式中，前驱体MAX为Mo2Ga2C或Mo2TiAlC2。进一步的，当前驱体MAX为Mo2Ga2C时，制备得到Mo2C纳米材料；当前驱体MAX为Mo2TiAlC2时，制备得到Mo2TiC2纳米材料。在其中一个实施方式中，前驱体MAX为粉末状，直接将前驱体MAX置于HF酸溶液中进行加热搅拌。HF酸溶液的质量浓度为30％～50％。在其中一个实施方式中，前驱体MAX与HF酸的用量比为0.0167g/mL～0.2g/mL。在其中一个实施方式中，进行加热的温度为35℃～55℃，进行搅拌时的搅拌速率为100rpm～400rpm。S112、将反应液进行离心后对下层固体进行洗涤至上层清液的pH值为6～7。将反应液进行离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法，其特征在于，包括步骤：将含Mo的MXene纳米材料分散于分散液中得到纳米分散液；将所述纳米分散液涂覆于工作电极上；将所述涂覆有纳米分散液的工作电极与参比电极及对电极组成三电极体系，所述三电极体系的电解液的pH值为0～6；及对所述三电极体系外加电压进行电化学剥离和活化得到具有Mo空位的MXene纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法，其特征在于，包括步骤：将含Mo的MXene纳米材料分散于分散液中得到纳米分散液；将所述纳米分散液涂覆于工作电极上；将所述涂覆有纳米分散液的工作电极与参比电极及对电极组成三电极体系，所述三电极体系的电解液的pH值为0～6；及对所述三电极体系外加电压进行电化学剥离和活化得到具有Mo空位的MXene纳米片。2.根据权利要求1所述的具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法，其特征在于，所述含Mo的MXene纳米材料为Mo2TiC2纳米材料或Mo2C纳米材料。3.根据权利要求1所述的具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法，其特征在于，所述分散液选自水、异丙醇和乙醇中的至少一种。4.根据权利要求3所述的具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法，其特征在于，所述分散液为水和异丙醇的混合液，其中，水与异丙醇的体积比为1:4～4:1；或，所述分散液为水和乙醇的混合液，其中，水和乙醇的体积比为1:4～4:1。5.根据权利要求1所述的具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法，其特征在于，所述工作电极为玻碳电极或碳纸电极，所述纳米分散液在所述工作电极上的涂覆量为0.04mg/cm2～0.5mg/cm2；及/或，所述参比电极为硫酸亚汞电极，所述对电极为碳棒电极。6.根据权利要求1所述的具有Mo空位的MXene纳米片的制备方法，其特征在于，所述对所述三电极体系外加电压进行电化学反应得...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵玉飞，张美丽，吴文剑，蔡丽蓉，范洪波，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44