【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学催化材料，尤其涉及一种氧空位增强二氧化锰@mxene复合物及其制备方法。
技术介绍
1、mxene材料是一类二维材料，通常由过渡金属碳化物(tmcs)经过酸性刻蚀制备而成，其层状结构和出色的电导率使其成为杰出的电催化材料。然而，mxene材料也存在一些挑战，如其电催化活性需要进一步提升、材料的稳定性需要进一步加强。
2、二氧化锰(mno2)则以其多晶结构和可控制备而备受关注，这些特性使其成为能源储存和传感领域的理想材料。mno2在电化学设备、催化剂和超级电容器中具有广泛应用，但为了满足市场需求，仍需进一步改进其电化学性能。
3、已有文献报道了mxene和二氧化锰(mno2)的复合材料表现出较高的电催化活性和储能性能，在电池、超级电容器、传感器和催化剂等领域中的广泛应用前景，然而，现有的mxene和二氧化锰的复合材料仍存在一些问题，如电催化活性的不稳定性、复合材料制备的复杂性以及界面效应的挑战，具体如下：
4、1.材料的电催化活性：尽管mxene和二氧化锰(mno2)的复合材料在电催化中表现出潜力，但其电催化活性仍然需要进一步提升，以满足更广泛的应用需求。当前的研究集中在改进mxene的电催化活性，包括提高其催化活性中心的浓度，优化表面性质以及控制晶体结构等方面，然而上述这些改进方法可能会改变材料的电子结构，从而影响其电导性；另外还会影响材料整体机械强度，令其难以承受高负荷和反复充放电的应力。
5、2.材料的稳定性：mxene材料在一些电化学环境下可能会受到腐蚀或
6、3.材料的制备和加工：mxene材料的制备和加工过程相对复杂，需要使用特殊的化学方法，这一挑战需要研究更简化的合成和加工方法，以提高生产效率。
7、4.大规模应用：虽然mxene材料在实验室中已经取得了显著进展，但将其应用于大规模工业生产和商业应用仍然面临挑战，需要研究解决大规模应用中的工程和经济问题。
8、为此，本专利技术提出了一种氧空位增强mxene@二氧化锰复合物及其制备方法。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种氧空位增强二氧化锰@mxene复合物及其制备方法，通过室温温和条件下引入氧空位的方式，显著提高其电催化活性，有助于增强材料在电催化反应中的性能，从而满足更广泛的应用需求，提高其在电池技术、能源储存和环境监测等领域的应用潜力。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、本专利技术的技术方案之一：
4、一种氧空位增强二氧化锰@mxene复合物的制备方法，以mxene材料、kmno4和mnso4·h2o为原料制备得到二氧化锰@mxene复合物，之后将所述二氧化锰@mxene复合物与甘油、金属锂粉置于研钵中，研磨混合，去离子水洗涤、离心后得到所述氧空位增强二氧化锰@mxene复合物。
5、进一步地，所述金属锂粉的加入量为二氧化锰@mxene复合物质量的2.5％-5％。加入量过低会导致材料性能提升不明显，不能达到实际应用需求，过高则会降低材料的整体性能，进一步导致稳定性下降。
6、进一步地，研磨混合为以每分钟120转的速度研磨1h。
7、进一步地，所述二氧化锰@mxene复合物的制备方法包括以下步骤：
8、将kmno4和mnso4·h2o溶解在去离子水中，超声混合得到悬浮液，之后加入mxene材料，搅拌后将得到的混合物转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压锅中，在140℃下加热6h，清洗并干燥，制备得到所述二氧化锰@mxene复合物。
9、更进一步地，所述mxene材料的制备方法，包括以下步骤：将lif溶解于hcl溶液中，之后加入钛碳化铝max相陶瓷材料，35℃油浴反应24h，将沉淀物洗涤至中性并干燥，制备得到所述mxene材料，所述lif和钛碳化铝max相陶瓷材料的用量比为1∶1，所述lif、hcl溶液和钛碳化铝max相陶瓷材料的用量比为0.5g∶10ml∶0.5g。
10、本专利技术中的术语“中性”并不严格限定ph为7，可以为接近中性，例如可以是6-7。一般情况下，当洗涤至ph为6以上时，其微弱的酸性不会对后续应用产生不良影响，也就是说，将沉淀洗涤至ph为6即可进行后续的操作。
11、本专利技术提供的mxene材料的制备和加工过程简单，制备效率高。
12、更进一步地，所述kmno4、mnso4·h2o和mxene材料的质量比为225:4.2:200。
13、本专利技术的技术方案之二：
14、一种上述制备方法制备得到的氧空位增强二氧化锰@mxene复合物。
15、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
16、(1)显著改善氧还原反应(orr)性能：氧空位增强二氧化锰@mxene复合物在氧还原反应中表现出卓越的性能，具有更高的orr半波电位(e1/2)和更高的限制电流密度，与传统的mxene@二氧化锰材料相比，其orr性能明显提高。
17、(2)本专利技术制备的氧空位增强二氧化锰@mxene复合物的不同转速的线性扫描伏安测试表明它遵循四电子orr途径，表现出优异的反应动力学性能，使其成为卓越的电催化剂。将其应用于锌空气电池中，氧空位增强二氧化锰@mxene复合物作为空气电极的锌空气电池展示出卓越的性能，具有较高的最大功率密度，长时间的稳定运行以及卓越的充放电循环稳定性，其特定容量估计达到约803wh kg-1，高于传统pt/c空气电极。
18、(3)本专利技术采用了一种有效的方法来调控材料中的氧空位含量，从而进一步改善电催化性能。可通过添加不同质量分数的锂金属粉末来调整材料中的氧空位含量，实现对材料性能的精确调控。
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1.一种氧空位增强二氧化锰@MXene复合物的制备方法，其特征在于，以MXene材料、KMnO4和MnSO4·H2O为原料制备得到二氧化锰@MXene复合物，之后将所述二氧化锰@MXene复合物与甘油、金属锂粉置于研钵中，研磨混合，去离子水洗涤、离心后得到所述氧空位增强二氧化锰@MXene复合物。
2.根据权利要求1所述的氧空位增强二氧化锰@MXene复合物的制备方法，其特征在于，所述金属锂粉的加入量为二氧化锰@MXene复合物质量的2.5％-5％。
3.根据权利要求1所述的氧空位增强二氧化锰@MXene复合物的制备方法，其特征在于，研磨混合为以每分钟120转的速度研磨1h。
4.根据权利要求1所述的氧空位增强二氧化锰@MXene复合物的制备方法，其特征在于，所述二氧化锰@MXene复合物的制备方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的氧空位增强二氧化锰@MXene复合物的制备方法，其特征在于，所述MXene材料的制备方法，包括以下步骤：将LiF溶解于HCl溶液中，之后加入钛碳化铝MAX相陶瓷材料，油浴反应，将沉淀物洗涤至中性并干
6.根据权利要求5所述的氧空位增强二氧化锰@MXene复合物的制备方法，其特征在于，所述LiF和钛碳化铝MAX相陶瓷材料的用量比为1∶1。
7.根据权利要求5所述的氧空位增强二氧化锰@MXene复合物的制备方法，其特征在于，所述LiF、HCl溶液和钛碳化铝MAX相陶瓷材料的用量比为0.5g∶10mL∶0.5g。
8.根据权利要求1所述的氧空位增强二氧化锰@MXene复合物的制备方法，其特征在于，所述KMnO4、MnSO4·H2O和MXene材料的质量比为225:4.2:200。
9.一种权利要求1-8任一项所述制备方法制备得到的氧空位增强二氧化锰@MXene复合物。
...【技术特征摘要】
1.一种氧空位增强二氧化锰@mxene复合物的制备方法，其特征在于，以mxene材料、kmno4和mnso4·h2o为原料制备得到二氧化锰@mxene复合物，之后将所述二氧化锰@mxene复合物与甘油、金属锂粉置于研钵中，研磨混合，去离子水洗涤、离心后得到所述氧空位增强二氧化锰@mxene复合物。
2.根据权利要求1所述的氧空位增强二氧化锰@mxene复合物的制备方法，其特征在于，所述金属锂粉的加入量为二氧化锰@mxene复合物质量的2.5％-5％。
3.根据权利要求1所述的氧空位增强二氧化锰@mxene复合物的制备方法，其特征在于，研磨混合为以每分钟120转的速度研磨1h。
4.根据权利要求1所述的氧空位增强二氧化锰@mxene复合物的制备方法，其特征在于，所述二氧化锰@mxene复合物的制备方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的氧空位增强二氧化锰@mxen...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚克欣，孙庆，舒铁，宁皎邑，李勇飞，张育新，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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