一种新型Ti3C2T制造技术

本发明专利技术公开了一种新型Ti3C2T

【技术实现步骤摘要】
一种新型Ti3C2T
x
/MoS2‑
MoP
x
电催化析氢材料的制备方法及其制得的产品


[0001]本专利技术涉及电催化水解制氢
，尤其涉及一种新型Ti3C2T
x
/MoS2‑
MoP
x
电催化析氢材料的制备方法及其制得的产品。

技术介绍

[0002]全球能源需求快速增长，可再生能源将发挥重要作用。其中，氢能源被广泛认为是21世纪最具发展潜力的清洁能源。具有“能量密度高、零排放、效率高、来源广、可再生”的特点，符合环保和可持续发展的要求。重要的是，电化学水解是氢能产生的高效绿色的途径。然而，如何在电解水制氢生产中实现低成本、媲美贵金属的活性，循环稳定性优异是催化剂设计的最大挑战，也是行业技术难题之一。
[0003]电解水制氢包含着电极反应和催化作用两个方面，因此优良的电催化剂必需同时具有两种功能：(1)能导电和自由地传递电子；(2)能对水介质进行有效的催化活化。然而，目前电催化活性最高的Pt基材料由于资源短缺和价格昂贵，被极大程度限制了其应用生产与发展。因此，开发低成本非贵金属基高活性稳定的电催化析氢材料是十分必要的，也是极具挑战的难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型Ti3C2T
x
/MoS2‑
MoP
x
电催化析氢材料的制备方法，通过水热合成法和磷化等工艺，在2D层状Ti3C2T
x
MXene 的层间和表面生长超薄MoS2‑
MoP
x
纳米片，形成界面结合充分、结构稳定、活性高的三明治状异质结构，应用于电催化水解制氢，以很好地满足新型电催化析氢材料的要求。本专利技术的另一目的在于提供利用上述新型Ti3C2T
x
/MoS2‑
MoP
x
电催化析氢材料的制备方法制得的产品。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：
[0006]本专利技术提供的一种新型Ti3C2T
x
/MoS2‑
MoP
x
电催化析氢材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)2D层状Ti3C2T
x
Mxene的制备
[0008]以Ti3AlC2MAX陶瓷为原料，并结合刻蚀剂，在特氟龙容器中室温下磁力搅拌2～4h，经过3000～5000r/min离心收集5～60min，去离子水洗涤至pH值≥6后，在60～80℃下干燥12～24h，得到2D层状Ti3C2T
x
Mxene；
[0009](2)前驱体反应液的制备
[0010]以去离子水为溶剂，钼源、硫源以及所述2D层状Ti3C2T
x
Mxene为原料、并结合螯合剂，按照摩尔比去离子水∶钼源∶硫源∶Ti3C2T
x
∶螯合剂＝4～6∶1～3∶35～ 50∶1～4∶0.5～2混合后，经搅拌超声而形成前驱体反应液；
[0011](3)三明治状Ti3C2T
x
/MoS2的制备
[0012]将所述前驱体反应液转移至特氟龙内衬中并装入高压反应釜中，在160～200℃温
度下进行水热反应12～20h，制得的悬浮液经离心收集、洗涤和干燥后即得到 Ti3C2T
x
/MoS2粉体；
[0013](4)三明治状Ti3C2T
x
/MoS2‑
MoP
x
的制备
[0014]所述三明治状Ti3C2T
x
/MoS2经研磨处理后，置于管式炉的中间，并在管式炉的气流上端放置磷源，按照质量比磷源∶Ti3C2T
x
/MoS2＝3～5∶1；然后以200～400 mL/min的流量通入氮气，在500～900℃温度下进行热处理2～6h，制得的三明治状Ti3C2T
x
/MoS2‑
MoP
x
固体粉末即为新型高活性稳定的电催化析氢材料。
[0015]进一步地，本专利技术所述步骤(1)中刻蚀剂为浓度为48％的浓氢氟酸。所述步骤(2) 中搅拌超声的操作过程为先依次加入硫源和钼源，搅拌30～60min后再依次加入螯合剂和Ti3C2T
x
，再搅拌10～30min和超声15～30min。所述步骤(3)中离心收集的转速为4000～6000r/min，离心收集的时间为3～7min；洗涤的溶液为去离子水，洗涤的次数为3～5次，干燥温度为70～90℃，干燥时间为12～24h。
[0016]上述方案中，本专利技术所述钼源为四水合钼酸铵，硫源为硫脲，螯合剂为一水合柠檬酸，磷源为次亚磷酸钠。
[0017]利用上述新型Ti3C2T
x
/MoS2‑
MoP
x
电催化析氢材料的制备方法制得的产品，其结构为三明治状的多层异质结构。
[0018]本专利技术具有以下有益效果：
[0019](1)本专利技术以钼源和硫源为原料，并结合螯合剂，采用水热合成法和磷化工艺，在2D层状Ti3C2T
x
MXene的层间和表面生长超薄MoS2‑
MoP
x
纳米片，形成界面结合充分、结构稳定的三明治状异质结构，不仅拓展了高效电催化水解材料的种类，开发出具有优异性能的析氢催化材料新品种，而且能够实现形貌和尺寸可控、超薄纳米片厚度可调、界面结合充分、结构稳定，有效克服了现有技术非贵金属材料析氢电位高、催化剂不稳定以及结构易破损等问题。
[0020](2)本专利技术以浓氢氟酸为刻蚀剂，可以有效形成2D层状结构的Ti3C2T
x
Mxene，这为超薄MoS2纳米片的生长提供了一定空间，且生长的MoS2纳米片可以反向抑制Ti3C2T
x
Mxene的再堆叠。HF刻蚀工艺获得的Ti3C2T
x
Mxene比表面积大、导电性优良、自润滑性好、表面基团丰富(表面羟基、末端氧等)。因此，通过一定的化学修饰，MoS2纳米片可以在2D层状结构的Ti3C2T
x
Mxene层间和表面生长，而不易在反应体系中自由生长。
[0021](3)本专利技术反应体系中含有一水合柠檬酸螯合剂，其目的在于实现MoS2的可控生长(形貌、尺寸、厚度等)。因此，通过螯合剂和工艺参数优化实现了界面结合充分、结构稳定的三明治状Ti3C2T
x
/MoS2‑
MoP
x
异质结构，这有利于电解水过程中的电子传输和电解液中的离子传质，提高催化活性和循环稳定性。
[0022](4)本专利技术工艺简单、周期短、易于控制，合成温度低、成本低，易于推广和使用。
附图说明
[0023]下面将结合实施例和附图对本专利技术作进一步的详细描述：
[0024]图1是本专利技术实施例制备的新型高活性稳定的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型Ti3C2T
x
/MoS2‑
MoP
x
电催化析氢材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)2D层状Ti3C2T
x Mxene的制备以Ti3AlC
2 MAX陶瓷为原料，并结合刻蚀剂，在特氟龙容器中室温下磁力搅拌2～4h，经过3000～5000r/min离心收集5～60min，去离子水洗涤至pH值≥6后，在60～80℃下干燥12～24h，得到2D层状Ti3C2T
x Mxene；(2)前驱体反应液的制备以去离子水为溶剂，钼源、硫源以及所述2D层状Ti3C2T
x Mxene为原料、并结合螯合剂，按照摩尔比去离子水∶钼源∶硫源∶Ti3C2T
x
∶螯合剂＝4～6∶1～3∶35～50∶1～4∶0.5～2混合后，经搅拌超声而形成前驱体反应液；(3)三明治状Ti3C2T
x
/MoS2的制备将所述前驱体反应液转移至特氟龙内衬中并装入高压反应釜中，在160～200℃温度下进行水热反应12～20h，制得的悬浮液经离心收集、洗涤和干燥后即得到Ti3C2T
x
/MoS2粉体；(4)三明治状Ti3C2T
x
/MoS2‑
MoP
x
的制备所述三明治状Ti3C2T
x
/MoS2经研磨处理后，置于管式炉的中间，并在管式炉的气流上端放置磷源，按照质量比磷源∶Ti3C2T
x
/MoS2＝3～5∶1；然后以200～400mL/min的流量通入氮气，在500～900℃温度下进行热处理2～6h，制得的三明治状Ti3C2T
x
...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾小军，段德荣，夏国花，叶逸飞，张校烨，
申请(专利权)人：景德镇陶瓷大学，
类型：发明
国别省市：