一种离子/电子双传输性MXene基催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种离子/电子双传输性MXene基催化剂的制备方法，包括以下步骤：将MAX与刻蚀剂搅拌、离心、洗涤、干燥得到多层的MXene；将得到的多层MXene进行处理得到功能化的MXene；将得到功能化的MXene分散到溶剂中，得到浓度为0.1

【技术实现步骤摘要】
一种离子/电子双传输性MXene基催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体涉及一种离子/电子双传输性MXene基催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]能源是国民经济发展的重要物资基础，能源的开发与利用反映了社会的发展和人们的生活水平。随着社会的发展，人们对能源的需求更是提上了新高度，人们对化石燃料肆意开采，造成了环境和气候的污染。创造一个碳中和的时代是21世纪重要挑战之一，为此人们迫切需要改变现有的能源使用方式，开发绿色、环保、经济的新能源和新能源技术也势在必行。
[0003]燃料电池作为一种能源转换装置，通过电化学反应把燃料中的吉布斯自由能转换成电能，不受卡诺循环的限制。然而，燃料电池中电极和电解质间难以紧密结合，离子传输阻抗大一直是制约燃料电池性能的难题，而三相界面的有效构建是降低膜电极间极化损失的有效途径。因此通过双传输性催化层构筑是解决燃料电池物质传输难题、提高催化剂利用率的有效途径。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种离子/电子双传输性MXene基催化剂的制备方法，其利用离子/电子双传输性催化剂的构筑实现膜电极间的高效物质传输，解决了电极制备时因添加离子传输单体而造成气体或电子传输损耗大的难题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种离子/电子双传输性MXene基催化剂的制备方法，通过在MXene表面引入离子传输基团作为载体，负载活性颗粒，得到具有离子/电子双传输性MXene基催化剂。
[0007]优选地，所述方法具体包括以下步骤：
[0008](1)将MAX与刻蚀剂按照质量比为0.1
‑
10:1
‑
20搅拌0.5
‑
72小时，离心、洗涤、干燥得到多层的MXene；
[0009](2)将步骤(1)中得到的多层MXene进行处理得到功能化的MXene；
[0010](3)将步骤(2)得到的MXene分散到溶剂中，得到浓度为0.1
‑
20mg/ml的溶液，所述溶剂为去离子水、乙二醇中的任一种；
[0011](4)根据活性颗粒在催化剂中的总质量计算出活性颗粒的质量，将活性颗粒倒入步骤(3)得到的溶液中继续超声0.3
‑
20小时，得到混合溶液；
[0012](5)将步骤(4)得到的混合溶液经去离子水和乙醇洗涤后置于真空干燥箱干燥0.1
‑
24小时，即可得到离子/电子双传传输性MXene基催化剂。
[0013]优选地，所述步骤(2)中的处理方法具体如下，将步骤(1)中的多层MXene加入到含0.1
‑
10mol的插层剂进行剥离0.5
‑
72h，将插层剂处理后的MXene用去离子水和乙醇洗涤去除插层剂再超声处理0.5
‑
24h得到功能化的MXene。
[0014]优选地，所述步骤(2)中的处理方法具体如下，将步骤(1)中的多层MXene经超声剥离0.1
‑
48h之后得到单层的MXene，再将单层的MXene进行预处理，然后将单层的MXene分散在试剂中进行功能化处理0.5
‑
48h，将功能化处理过的MXene经去离子水洗涤得到功能化的MXene，所述试剂为ZnCl2、氯甲基甲醚、N，N
‑
二甲基乙酰、无水乙醚、氨水、1,4
‑
二叠氮双环辛烷、1
‑
氮杂双环[2.2.2]辛烷、一烷季铵阳离子中的一种或多种，所述试剂按质量份数计为1
‑
80份。
[0015]优选地，按照质量比为0.1
‑
10：1
‑
10将步骤(2)得到的功能化的MXene倒入表面活性剂中，超声分散0.1
‑
24h再继续超声剪切0.5
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72h，再进行离心洗涤去除多余的表面活性剂，然后置于真空干燥箱干燥0.1
‑
20小时，再进行步骤(3)的操作，所述表面活性剂为聚二烯丙基二甲基氯化铵、十六烷基溴化铵、N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种，所述表面活性剂按质量份数计为1
‑
20份。
[0016]优选地，所述原料按质量份数构成如下：MAX0.1
‑
20份、刻蚀剂1
‑
20份、溶剂1
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100份、活性颗粒1
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90份。
[0017]优选地，所述MAX为Ti3AlC2、Ti2AlN、Ti3AlCN、V2AlC、Mo2TiAlC3、MoAlB、Nb2AlC、Cr2AlC、Nb4AlC3或Mo2Ga2C。
[0018]优选地，所述刻蚀剂为HF、LiF、HCl、NH4HF中的一种或多种。
[0019]优选地，所述插层剂为DMSO、四甲基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵中的一种，所述插层剂按质量份数计为0.1
‑
10份。
[0020]优选地，所述活性颗粒为Fe
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N
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C、Co
‑
N
‑
C、Mn
‑
N
‑
C、Cu
‑
N
‑
C、Ni
‑
N
‑
C、Fe/Co
‑
N
‑
C、Pt、Pd、Pt
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Fe、Pt
‑
Co、Pt
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Ni、Pt
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Mn、Pt
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Cu、Pd
‑
Fe、Pd
‑
Co、Pd
‑
Ni、Pd
‑
Mn、Pd
‑
Cu中的一种。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]本专利技术在MXene表面引入阴离子传输基团作载体，并负载活性颗粒作为碱性阴离子交换膜燃料电池阴极催化剂。相较于商业的Pt/C催化剂，本专利技术在具有高催化活性与高耐久性的同时，也具有降低三相界面离子传输损耗的特点。
附图说明
[0023]图1是实施例1中Fe
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N
‑
C@Ti3C2‑
NH4，Pt/C(20％铂含量)在0.1M KOH饱和氧气中测的LSV极化曲线图，从图中可以得出两者的半坡电位分别为0.876V、0.853V。相比于商业Pt/C，Fe
‑
N
‑
C@Ti3C2‑
NH4展现出优异地电催化活性。
[0024]图2是实施例1中Pt/C进行5500圈电位循环前后的LSV对比图，半坡电位下降了24mV。
[0025]图3是实施例1中Fe
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N
‑
C@Ti3C2‑
NH4进行10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子/电子双传输性MXene基催化剂的制备方法，其特征在于：通过在MXene表面引入离子传输基团作为载体，负载活性颗粒，得到具有离子/电子双传输性MXene基催化剂。2.根据权利要求1所述的一种离子/电子双传输性MXene基催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：(1)将MAX与刻蚀剂按照质量比为0.1
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10:1
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20搅拌0.5
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72小时，离心、洗涤、干燥得到多层的MXene；(2)将步骤(1)中得到的多层MXene进行处理得到功能化的MXene；(3)将步骤(2)得到的MXene分散到溶剂中，得到浓度为0.1
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20mg/ml的溶液，所述溶剂为去离子水、乙二醇中的任一种；(4)根据活性颗粒在催化剂中的总质量计算出活性颗粒的质量，将活性颗粒倒入步骤(3)得到的溶液中继续超声0.3
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20小时，得到混合溶液；(5)将步骤(4)得到的混合溶液经去离子水和乙醇洗涤后置于真空干燥箱干燥0.1
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24小时，即可得到离子/电子双传传输性MXene基催化剂。3.根据权利要求2所述的一种离子/电子双传输性MXene基催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的处理方法具体如下，将步骤(1)中的多层MXene加入到含0.1
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10mol的插层剂进行剥离0.5
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72h，将插层剂处理后的MXene用去离子水和乙醇洗涤去除插层剂再超声处理0.5
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24h得到功能化的MXene。4.根据权利要求2所述的一种离子/电子双传输性MXene基催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的处理方法具体如下，将步骤(1)中的多层MXene经超声剥离0.1
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48h之后得到单层的MXene，再将单层的MXene进行预处理，然后将单层的MXene分散在试剂中进行功能化处理0.5
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48h，将功能化处理过的MXene经去离子水洗涤得到功能化的MXene，所述试剂为ZnCl2、氯甲基甲醚、N，N
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二甲基乙酰、无水乙醚、氨水、1,4
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二叠氮双环辛烷、1
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氮杂双环[2.2.2]辛烷、一烷季铵阳离子中的一种或多种，所述试剂按质量份数计为1
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80份。5.根据权利要求2所述的一种离子/电子双传输性MXene基催化剂的制备方法，其特征在于：按照质量比为0.1
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10：1
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10将步骤(2)得到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晨曦，方中威，王岭，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：