一种双金属层状氢氧化物螯合Ti3C2复合物及其制备方法和应用与流程

本发明属于电催化领域，具体为铁钴层状氢氧化物鳌合在二维层状ti3c2-mxene上获得feco-ldh/ti3c2-mxene材料，可提高电催化阴极析氢效果。

背景技术：

在能源日益紧缺的当代社会，能源的高效转化成为一个热门且重要的问题。氢被认为是一种重要的替代化石燃料的清洁能源，可以通过电催化水裂解制得。通过电催化的方式电催化，获得氢能源，对如今减缓能源危机起着重要的促进作用。然而电催化获取氢能源的过程会面临许多问题，例如如何达到较低的过电位和较高的电催化速率以及如何克服缓慢动力学等。铂是析氢反应中最有效的催化剂。然而铂的稀缺性和高成本严重阻碍了铂在电解槽制氢中的广泛应用。

mxene是一种新型的二维早期过渡金属碳化物/氮化物，具有优良的电化学储能性能、电负性和较高导电性。在剥离max(ti3alc2)过程中，mn+1xn层之间的a原子被各种官能团取代，产生具有羟基，氧或氟基团终止表面的mxene纳米片在传统的二维原子晶体如石墨烯，层状过渡金属二硫化物(ltmd)和双金属氢氧化物(ldh)中难以实现这一优点。因此，mxene可能是化学功能化石墨烯的优良替代品，与双金属层状氢氧化物结合，加快速电荷转移，强界面之间耦合，促进电催化的催化历程。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的之一是通过使铁钴的层状氢氧化物与mxene相结合，获得feco-ldh/ti3c2-mxene材料。

本发明的目的之二是将feco-ldh/ti3c2-mxene材料应用于电催化水分解技术领域，在电催化阴极析氢过程具有较低的起始电位和较大的氢气析出量，表现出较好的催化效果。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双金属层状氢氧化物螯合ti3c2-mxene催化剂，所述的双金属层状氢氧化物螯合ti3c2-mxene催化剂是feco-ldh/ti3c2-mxene。

上述的一种双金属层状氢氧化物螯合ti3c2-mxene催化剂的制备方法，包括如下步骤，

1)ti3c2-mxene的制备：将ti3alc2-max与lif、盐酸混合，室温搅拌72-80h后，加去离子水，离心，洗掉杂质，取下层沉淀，向下层沉淀中加入去离子水，摇匀，超声分散，离心，收集上层液，抽滤，真空干燥，得ti3c2-mxene粉末；

2)feco-ldh/ti3c2-mxene的制备：将ti3c2-mxene粉末加入到双金属的碱溶液中，超声分散，在ar气保护下加热搅拌3h，所得悬浊液经过离心，真空干燥，得feco-ldh/ti3c2-mxene复合物。

优选地，上述的一种双金属层状氢氧化物螯合ti3c2-mxene催化剂的制备方法，步骤1)中，所述三元层状材料max相是ti3alc2。

述的一种双金属层状氢氧化物螯合ti3c2-mxene催化剂的制备方法，步骤1)中，按质液比，ti3alc2-max：lif：hcl为1g：1-5g：5-15ml。

优选地，上述的一种双金属层状氢氧化物螯合ti3c2-mxene催化剂的制备方法，步骤2)中，所述双金属的氢氧化物溶液是有氯化铁和醋酸钴的氢氧化钾溶液。

优选地，上述的一种双金属层状氢氧化物螯合ti3c2-mxene催化剂的制备方法，步骤2)中，按物质的量比，fe：co：koh＝0.5-1:1-5:5-10。

优选地，上述的一种双金属层状氢氧化物螯合ti3c2-mxene催化剂的制备方法，步骤2)中，按物质的量比，fe：co：koh＝0.5:2:6。

优选地，上述的一种双金属层状氢氧化物螯合ti3c2-mxene催化剂的制备方法，步骤2)中，所述的加热温度为120℃。

上述的一种双金属层状氢氧化物螯合ti3c2-mxene催化剂在电催化阴极析氢过程中的应用。

上述的应用，方法如下：

1)feco-ldh/ti3c2-mxene修饰电极的制备：将权利要求1所述的双金属层状氢氧化物螯合ti3c2催化剂分散在无水乙醇和nafion的混合液中，超声分散后，室温下搅拌反应1-2h，得悬浊液；将悬浊液滴涂到玻碳电极上，在烘箱40℃干燥后，得feco-ldh/ti3c2-mxene修饰电极；

2)以feco-ldh/ti3c2-mxene修饰电极为工作电极，以铂丝或铂网作为对电极，以ag/agcl为参比电极，构成三电极体系，电催化阴极析氢。

本发明的有益效果是：

1、本发明制备ti3c2-mxene的方法，操作简单安全，以ti3alc2-max为原料，通过剥离al，反复洗涤离心，获得上层液为中的少层的ti3c2-mxene，方法简便高效。

2、本发明制备的feco-ldh/ti3c2-mxene复合物，fe和co双金属以层状氢氧化物的形式负载于少层的ti3c2-mxene上，采用的双金属为氯化铁和醋酸钴，成本低。

3、本发明中，以负载feco-ldh/ti3c2-mxene材料的玻碳电极为工作电极，在电催化阴极析氢过程具有较低的起始电位和较大的氢气析出量，表现出较好的催化效果。

附图说明

图1是实例例1中制备的ti3c2-mxene的原料ti3alc2-max的扫描电镜图(sem)。

图2是实施例1中制备的ti3c2-mxene材料的透射电镜图(tem)。

图3是实施例1中制备的feco-ldh/ti3c2-mxene复合材料的扫描电镜图(sem)。

图4是实施例2中双金属层状氢氧化物、ti3c2-mxene、feco-ldh以及feco-ldh/ti3c2-mxene复合物的线性扫描伏安对比图。

图5是实施例2中feco-ldh/ti3c2-mxene和feco-ldh的i-t关系图。

具体实施方式

下文参照所附实施图例详细描述本发明的实施方案，此实施方案是为了更明确地理解本发明，但本发明并不限于此实施方案。

实施例1

(一)feco-ldh/ti3c2-mxene的制备

包括如下步骤：

1、ti3c2-mxene的制备：

1)于50ml离心管中称取0.2gti3alc2-max，缓慢加入0.2glif和98％盐酸2ml，室温搅拌72h后，加入去离子水，将获得的反应液进行离心(10000rpm，10min)6次，弃上清液。

2)向离心管中的沉淀物中加入40ml去离子水，摇匀，使沉淀与去离子水混合均匀，将离心管放入大功率超声机中超声分散(750w，10min)，取出继续离心(3500rpm，10min)收集上层液，抽滤真空干燥，得少层ti3c2-mxene。

2、feco-ldh/ti3c2-mxene的制备

1)称量0.0811g氯化铁、0.531g醋酸钴和0.336g氢氧化钾，加入2ml去离子，超声

溶解，得分散液。

2)称取5mg少层ti3c2-mxene粉末，加入步骤1)所得的分散液中。

3)将步骤2)所得的溶液混合均匀，倒入shleck瓶中，ar气保护下，于120℃加热搅3h；所得反应物放入离心管中，离心(9000转，5min)三次。放入真空干燥箱中，60℃干燥24h，得到粉末状物质，即为feco-ldh/ti3c2-mxene催化剂。

(二)检测

1、图1为ti3alc2-max的扫描电镜图，由图1可见ti3alc2-max切面可见层状结构。

2、图2为少层的ti3c2-mxene的透射电镜图，由图2可见，本发明中制备的ti3c2-mxene是很薄的单层片状物质。

3、图3为制备的feco-ldh/ti3c2-mxene材料的扫描电镜图，由图3可见，少层的ti3c2-mxene片状的表面负载了feco双金属层状氢氧化物。

对比例1

(一)feco-ldh催化剂的制备

称量0.0811g氯化铁、0.531g醋酸钴和0.3361g氢氧化钾，加入2ml去离子水，ar气氛围中加热120℃，保持3h；所得反应物放入离心管中，离心(9000转，5min)三次，用水反复洗涤。放入冷冻干燥机冷冻，得到粉末状物质feco-ldh。

实施例2不同修饰电极对电催化阳极水氧化的影响

(一)电极制备

分别取4mg实施例1制备的feco-ldh/ti3c2-mxene粉末、ti3c2-mxene粉末和对比例1制备的feco-ldh和co(oh)2催化剂，分别加入995μl无水乙醇和5μlnafion，超声分散5min，搅拌1h。所得混合液分别用移液枪转移5μl到玻碳电极上，常温下干燥，使溶剂挥发完全，获得涂覆不同材料的玻碳电极。

(二)电化学性能检测

本实验所有测试，均采用上海辰华公司的chi660e电化学工作站。

检测线性扫描伏安(lsv)的旋转速率为1600rpm，扫描速率为10mvs^-1。以涂覆不同催化剂的玻碳电极为工作电极，pt丝作为对电极，ag/agcl为参比电极在h型电解池中构成三电极体系。进行电化学测试，测试结果如图4所示。本发明中所有在ag/agcl电极上测量的电位，根据evsrhe＝evsag/agcl+0.059ph+0.198转换为相对于rhe的电位。

图4为evsag/agcl为-1.0v—-1.8v之间的线性扫描伏安图，由图可见在四种不同的催化剂feco-ldh/ti3c2-mxene,feco-ldh,co(oh)2,ti3c2-mxene的起始电位evsag/agcl分别为：-0.24v,-0.40v,-0.52v,-0.53v,feco-ldh/ti3c2-mxene的起始电位最低,为evsag/agcl＝-0.24v，四种催化剂中feco-ldh/ti3c2-mxene的ej＝10macm-2的电压最低为-0.35v。在相同电压下，feco-ldh/ti3c2-mxene的电流密度最大，氢气产生量最大，因此性能最优越。

实施例3feco-ldh/ti3c2-mxene作为催化析氢材料的催化稳定性测试

(一)电极的制备

分别取4mg实施例1制备的feco-ldh/ti3c2-mxene粉末和对比例1制备的feco-ldh，分别加入995μl无水乙醇和5μlnafion，超声分散5min，搅拌1h。所得混合液分别用移液枪转移5μl到玻碳电极上，常温下干燥，使溶剂挥发完全，获得feco-ldh/ti3c2-mxene修饰电极和feco-ldh修饰电极。

(三)电化学性能测试

分别以得feco-ldh/ti3c2-mxene修饰电极和feco-ldh修饰电极作为工作电极，pt丝作为对电极，ag/agcl为参比电极构成三电极体系，以1m的koh溶液作为电解质，在chi760d电化学工作站上使用标准三电极系统在h型电解池中，在1mkoh中评估电催化剂对阴极析氢性能效果。结果如图5所示，线性扫描伏安(lsv)在1600rpm的旋转速率、扫描速率为10mvs^-1所测得。本发明中所有在ag/agcl电极上测量的电位，根据evsrhe＝evsag/agcl+0.059ph+0.198转换为相对于rhe的电位。

图5为电压设定为evsag/agcl为-1.4v时，feco-ldh和feco-ldh/ti3c2-mxene的时间(t)与电流(i)的关系图像，由图5可见，在相同电压下，以feco-ldh/ti3c2-mxene为催化剂的电流较大，电流比较稳定，说明催化剂的耐久性比较好。