【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠离子电池和电解水催化剂，具体涉及一种氮掺杂层状夹心结构fe-mof@nb2ctx及其制备方法和应用。
技术介绍
1、由于风能、水能、潮汐能以及太阳能等可再生资源存在间歇性、分散性和不稳定性等特点，研发高稳定性和高活性的电化学能源的存储与转化是至关重要的。目前，其具有多种装置和反应类型，如：1)电化学能源存储：锂离子电池(libs)、钠离子电池(sibs)和钾离子电池(pibs)等；2)电化学能源转化：电解水(析氢反应(her)、析氧反应(oer)和甲醇氧化反应(mor)等。其中，sibs具有高的能量密度、良好的安全性和丰富的钠源等特点。同时，通过电催化将水分解成氢气和氧气是一种非常具有前途的零碳排放的能源转化方式。全水分解(ows)包括阳极的oer和阴极的her，其理论分解电压为1.23v。实际上，水分解的所施加的电池电压约为1.8～2.0v(需要较大的过电位)。因此，需要通过研发高活性的催化剂来降低oer和her的过电位以减小能量的过度损耗。通常情况下，sibs、oer、her和ows的稳定性和反应活性很大程度上的取决于电极材料。
2、mxenes是一种新兴的二维(2d)过渡金属碳化物和氮化物材料，其通式为mn+1xntx，其中，m代表过渡金属，x代表c或n，t是表面终止基团(-oh、-o、-f)。由于其具有相对较高的比表面积、优异的机械强度和高导电性，已广泛用于各种研究领域，尤其适用于电储能和电催化的电极材料。在mxenes中，nb2ctx是一种良好的电化学能源存储与转换的候选材料之一。具体而言，
3、然而，nb2ctx仍存在一些问题限制其发展。具体而言：1)材料的结构稳定性差：通过hf刻蚀除去nb2alc中的al层后，使得nb2ctx片层易堆叠和团聚，导致材料的结构稳定性较差，从而使得电解液浸润困难，降低了mxenes的电化学性能。2)活性较低：由于nb2ctx片的致密性使得活性位点暴露较少，从而降低了材料的反应活性。3)层层之间的导电性较差：刻蚀后的nb2ctx层与层之间距离的不规则效应导致层之间不能有效联系，从而降低了电导率。
技术实现思路
1、为了解决上述
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供一种氮掺杂层状夹心结构fe-mof@nb2ctx及其制备方法和应用，该材料在sibs、oer、her和ows中均展现出良好的电化学性能。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、一种氮掺杂层状夹心结构fe-mof@nb2ctx的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤1)将nb2alc加入氢氟酸中，于50～70℃下进行搅拌处理60～80h，再洗涤干燥得到nb2ctx mxenes；
5、步骤2)将步骤1)制备的nb2ctx与六水合氯化铁和1,4-对苯二甲酸一同加入dmf中，先进行水热，再于氩气氛围下进行退火处理，得到fe-mof@nb2ctx；
6、步骤3)将步骤2)制备的fe-mof@nb2ctx和三聚氰胺一同置于氩气氛围下进行退火处理，即得到氮掺杂层状夹心结构fe-mof@nb2ctx。
7、优选地，所述步骤1)中，nb2alc的质量为1～3g，氢氟酸的浓度为30wt％～50wt％。
8、优选地，所述步骤2)中，nb2ctx、六水合氯化铁和1,4-对苯二甲酸的质量比为1:1:1～1:1:3。
9、优选地，所述步骤3)中，fe-mof@nb2ctx和三聚氰胺的质量比为1:3～1:7。
10、上述氮掺杂层状夹心结构fe-mof@nb2ctx的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，nb2alc的质量为2g，氢氟酸的浓度为40wt％；所述步骤2)中，nb2ctx、六水合氯化铁和1,4-对苯二甲酸的质量比为1:1:2；所述步骤3)中，fe-mof@nb2ctx和三聚氰胺的质量比为1:5。
11、优选地，步骤2)所述水热的温度为100～140℃，时间为5～10h；所述退火处理的温度为600±20℃，时间为3h，升温速率为2℃/min。
12、优选地，步骤3)所述退火处理的温度为600±20℃，时间为2h。
13、上述制备方法制得的氮掺杂层状夹心结构fe-mof@nb2ctx，其特征在于，fe-mof自组装在nb2ctx层之间形成层状夹心结构，且具有氮掺杂。
14、上述的氮掺杂层状夹心结构fe-mof@nb2ctx作为催化剂在钠离子电池中的应用。
15、上述的氮掺杂层状夹心结构fe-mof@nb2ctx作为催化剂在电解水制氧、制氢中的应用。
16、本专利技术的有益效果如下：
17、(1)受益于层状夹心结构，fe-mof在nb2ctx上原位生长，抑制了mxenes的聚集和堆叠，缓解了钠离子嵌入/脱嵌的体积效应，从而提高了电极材料的稳定性。
18、(2)层状夹心结构暴露出更多的活性位点，同时n掺杂引入额外的活性位点，使得电极材料具有高的反应活性。
19、(3)fe-mof加强了nb2ctx层之间的联系，同时n掺杂增大了离子/电子的传输速率，从而提高了电极材料的有效传质和导电性。
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1.一种氮掺杂层状夹心结构Fe-MOF@Nb2CTx的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种氮掺杂层状夹心结构Fe-MOF@Nb2CTx的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，Nb2AlC的质量为1～3g，氢氟酸的浓度为30wt％～50wt％。
3.根据权利要求1所述的一种氮掺杂层状夹心结构Fe-MOF@Nb2CTx的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，Nb2CTx、六水合氯化铁和1,4-对苯二甲酸的质量比为1:1:1～1:1:3。
4.根据权利要求1所述的一种氮掺杂层状夹心结构Fe-MOF@Nb2CTx的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，Fe-MOF@Nb2CTx和三聚氰胺的质量比为1:3～1:7。
5.根据权利要求2-4任一项所述的一种氮掺杂层状夹心结构Fe-MOF@Nb2CTx的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，Nb2AlC的质量为2g，氢氟酸的浓度为40wt％；所述步骤2)中，Nb2CTx、六水合氯化铁和1,4-对苯二甲酸的质量比为1:1:2；所述步骤3)中，Fe-MOF@Nb2CTx和
6.根据权利要求1所述的一种氮掺杂层状夹心结构Fe-MOF@Nb2CTx的制备方法，其特征在于，步骤2)所述水热的温度为100～140℃，时间为5～10h；所述退火处理的温度为600±20℃，时间为3h，升温速率为2℃/min。
7.根据权利要求1所述的一种氮掺杂层状夹心结构Fe-MOF@Nb2CTx的制备方法，其特征在于，步骤3)所述退火处理的温度为600±20℃，时间为2h。
8.如权利要求1-7任一项所述制备方法制得的氮掺杂层状夹心结构Fe-MOF@Nb2CTx，其特征在于，Fe-MOF自组装在Nb2CTx层之间形成层状夹心结构，且具有氮掺杂。
9.如权利要求8所述的氮掺杂层状夹心结构Fe-MOF@Nb2CTx作为催化剂在钠离子电池中的应用。
10.如权利要求8所述的氮掺杂层状夹心结构Fe-MOF@Nb2CTx作为催化剂在电解水制氧、制氢中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂层状夹心结构fe-mof@nb2ctx的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种氮掺杂层状夹心结构fe-mof@nb2ctx的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，nb2alc的质量为1～3g，氢氟酸的浓度为30wt％～50wt％。
3.根据权利要求1所述的一种氮掺杂层状夹心结构fe-mof@nb2ctx的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，nb2ctx、六水合氯化铁和1,4-对苯二甲酸的质量比为1:1:1～1:1:3。
4.根据权利要求1所述的一种氮掺杂层状夹心结构fe-mof@nb2ctx的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，fe-mof@nb2ctx和三聚氰胺的质量比为1:3～1:7。
5.根据权利要求2-4任一项所述的一种氮掺杂层状夹心结构fe-mof@nb2ctx的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，nb2alc的质量为2g，氢氟酸的浓度为40wt％；所述步骤2)中，nb2ctx、六水合氯化铁和1,4-对苯二...
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