【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种复合材料，尤其涉及一种过渡金属氟化物/mxene复合材料，还涉及上述复合材料的制法和应用。
技术介绍
1、可持续发展需要高效的能源，氢能因其环境友好、燃烧热高、化学制备方法方便等优点而受到广泛关注。水电解是一种极具吸引力的无环境成本制氢技术，因为它只需要水和电作为来源。作为水电解的主要瓶颈，oer在四质子耦合电子转移过程中动力学缓慢；传统贵金属如ir基和ru基催化剂因高成本、低丰度和较差的稳定性等缺陷严重限制了它们在清洁能源技术中的应用。
2、为了实现高效和经济的水氧化，方法之一是寻求过渡金属基电催化剂，包括氧化物、(氧)氢氧化物、磷化物、硫化物、氟化物等作为贵金属催化剂的替代品。上述过渡金属基催化剂称为预催化剂，原位光谱分析表明，预催化剂在水氧化过程中最终转化为真正的催化剂，其催化层为m-o/mooh(m为金属)。在申请人研究过程中发现，过渡金属基催化剂中cof2相对于其他co基化合物如钴基磷化物、硫化物、硒化物、氧化物有性能优势，可能是由于f阴离子的电负性最强，在氟化物中容易形成较弱的金属-f键，在碱性介质更易解离，以驱动表面重塑，从而提高催化活性，然而金属氟化物仍具有低电导率、容易积聚的缺陷，极大限制了其作为催化剂的发展。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种在碱性条件下对电催化析氧反应具有极高催化活性的过渡金属氟化物/mxene复合材料，并提供上述复合材料的制法和应用。
2、技术方案：本专利技术所述的过渡金属氟
3、优选的，mxene的化学式为mn+1xntx(n＝1-3)，其中m为过渡金属，x为碳或氮，tx为表面终止基团-oh、-o或-f；
4、优选的，所述过渡金属氟化物为cof2。
5、上述复合材料的制法，包括以下步骤：
6、(1)在酸液中加入max粉末，搅拌，静置后离心直至上清液呈中性，收集离心底物，干燥得到mxene二维层状材料，所述max为三元的过渡金属的碳化物或氮化物；
7、(2)取步骤(1)制得的mxene二维层状材料与m(no3)n溶液混合，搅拌后，恒温油浴反应，离心真空干燥后得到过渡金属氢氧化物/mxene；
8、(3)取步骤(2)制得的过渡金属氢氧化物/mxene和氟源，在氮气氛围下进行退火，得到过渡金属氟化物/mxene复合材料。
9、优选的，步骤(1)中，所述酸液为质量分数35～40％的氢氟酸；所述max粉末为ti3alc2；所述酸液与max之间的用量为30～35ml：2g；所述搅拌，时间为20～24h。
10、优选的，步骤(2)中，所述m(no3)n溶液由co(no3)3·6h2o、氟化铵、尿素和水组成，氟化铵、co(no3)3·6h2o、尿素的质量比为1：3～4：3～5。
11、优选的，步骤(2)中，所述搅拌，时间为6～10h，油浴反应的温度为120～150℃，反应时间为10～12h。
12、优选的，步骤(1)或步骤(2)中，所述离心，转速为3000～5000r/min；所述干燥，温度为60℃～70℃，时间为8～10h。
13、优选的，步骤(3)中，所述氟源为氟化铵，过渡金属氢氧化物/mxene和氟化铵的质量比为1:10～15，退火温度为300～400℃，保温时间为1.5～2h，升温速率为2～3℃/min。
14、优选的，步骤(3)具体为，将过渡金属氢氧化物/mxene混合物与氟源分别放置在瓷舟的下游和上游，于石英管式炉中在氮气氛围下退火。
15、上述复合材料在电催化析氧反应中的应用，具体为水电解阳极析氧反应。
16、优选的，在碱性条件下的电催化析氧反应中作为电催化活性催化剂的应用。
17、专利技术原理：本申请的过渡金属氟化物/mxene复合材料，为了克服金属氟化物固有的低电导率的问题，通过引入特选的导电载体来解决。mxene是二维过渡金属碳化物/碳氮化物，由max相的a层选择性蚀刻而成，通式为mn+1xntx(n＝1-3)，其中m表示早期过渡金属，x表示碳和/或氮，tx表示表面末端，为羟基、氧或氟。mxene固有的高导电性和亲水表面在负载了过渡金属氟化物后，作为导电活性基质与过渡金属氟化物协同增效，达到了全面提升过渡金属氟化物材料的导电性与反应活性的效果。
18、本申请的mxene，其m为ti，x为碳，tx为氟，利用mxene具有良好导电性、亲水性、高比表面积的特点有效调控了过渡金属氟化物的锚定环境，具有大比表面积的层状结构有效抑制了过渡金属氟化物的集聚，在催化水电解析氧反应时能够提供更多的活性位点，有效增强催化剂的利用率。导电性载体mxene的引入不仅可以增加催化剂活性中心的暴露，而且催化剂与载体之间的相互作用可以促进载流子传输速率，提高导电性，从而进一步增强金属氟化物的催化活性。利用mxene表面的末端集团具有比碳载体材料更高的氧化还原活性的特点，提高了cof2的催化活性，于此同时cof2与mxene之间的协同作用还可以有效的优化反应中间体的吸附，从而进一步提升oer的电化学性能。
19、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：(1)应用于水电解阳极析氧反应中具有极强的稳定性，在电流密度达到10ma cm-2时，3000次循环后和初始极化曲线相比仅增加了10mv，且具有优异的电化学性能和oer催化活性，仅需275mv的过电位就能达到10ma cm-2的电流密度；(2)本专利技术提供的制法简单易行，无需使用剧毒药品与苛刻的生产条件，具有较低的生产成本。
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1.一种过渡金属氟化物/MXene复合材料，其特征在于，所述复合材料由过渡金属氟化物纳米颗粒均匀分布在手风琴状的MXene片层表面，其中，MXene为过渡金属碳化物或过渡金属氮化物的二维晶体材料。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述MXene的化学式为Mn+1XnTx(n＝1-3)，其中M为过渡金属，X为碳或氮，Tx为表面终止基团-OH、-O或-F；所述过渡金属氟化物为CoF2。
3.一种权利要求1所述复合材料的制法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制法，其特征在于，步骤(1)中，所述酸液为质量分数35～40％的氢氟酸，所述MAX粉末为Ti3AlC2；所述搅拌的时间为20～24h。
5.根据权利要求3所述的制法，其特征在于，步骤(2)中，所述M(NO3)n溶液由Co(NO3)3·6H2O、氟化铵、尿素和水组成，氟化铵、Co(NO3)3·6H2O、尿素的质量比为1：3～4：3～5。
6.根据权利要求4所述的制法，其特征在于，步骤(2)中，所述搅拌，时间为6～10h，油浴反应的温度为120
7.根据权利要求3所述的制法，其特征在于，步骤(1)或步骤(2)中，所述离心，转速为3000～5000r/min；所述干燥，温度为60℃～70℃，时间为8～10h。
8.根据权利要求3所述的制法，其特征在于，步骤(3)中，所述氟源为氟化铵，过渡金属氢氧化物/MXene和氟化铵的质量比为1:10～15。
9.根据权利要求3所述的制法，其特征在于，步骤(3)中，退火温度为300～400℃，保温时间为1.5～2h，升温速率为2～3℃/min。
10.一种权利要求1所述的复合材料在电催化析氧反应中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种过渡金属氟化物/mxene复合材料，其特征在于，所述复合材料由过渡金属氟化物纳米颗粒均匀分布在手风琴状的mxene片层表面，其中，mxene为过渡金属碳化物或过渡金属氮化物的二维晶体材料。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述mxene的化学式为mn+1xntx(n＝1-3)，其中m为过渡金属，x为碳或氮，tx为表面终止基团-oh、-o或-f；所述过渡金属氟化物为cof2。
3.一种权利要求1所述复合材料的制法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制法，其特征在于，步骤(1)中，所述酸液为质量分数35～40％的氢氟酸，所述max粉末为ti3alc2；所述搅拌的时间为20～24h。
5.根据权利要求3所述的制法，其特征在于，步骤(2)中，所述m(no3)n溶液由co(no3)3·6h2o、氟化铵、尿...
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