CN113322485B - 一种改性MXene负载Ni催化剂及其制备方法和在双氧水生产中的应用 - Google Patents
一种改性MXene负载Ni催化剂及其制备方法和在双氧水生产中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113322485B CN113322485B CN202110564191.4A CN202110564191A CN113322485B CN 113322485 B CN113322485 B CN 113322485B CN 202110564191 A CN202110564191 A CN 202110564191A CN 113322485 B CN113322485 B CN 113322485B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- catalyst
- solution
- modified
- hydrogen peroxide
- supported
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 71
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 55
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 48
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 25
- 229910009819 Ti3C2 Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 16
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 13
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 12
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 12
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 8
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 229910009818 Ti3AlC2 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 7
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 claims description 7
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 claims description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 6
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 6
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 5
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N acetic acid;nickel Chemical compound [Ni].CC(O)=O.CC(O)=O MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical class Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229940078494 nickel acetate Drugs 0.000 claims description 3
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims 1
- 238000009777 vacuum freeze-drying Methods 0.000 claims 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 3
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- -1 graphite alkene Chemical class 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960000074 biopharmaceutical Drugs 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- QOSATHPSBFQAML-UHFFFAOYSA-N hydrogen peroxide;hydrate Chemical compound O.OO QOSATHPSBFQAML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 1
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/052—Electrodes comprising one or more electrocatalytic coatings on a substrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/28—Per-compounds
- C25B1/30—Peroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种改性MXene负载Ni催化剂及其制备方法和在双氧水生产中的应用。该催化剂主要是以一种新型的二维材料MXene(Ti3C2)为载体，以Ni为活性组分，其中活性组分的负载量按载体的质量计为0.1~10wt%，并将制备好的催化剂用于电催化阴极氧气还原制备双氧水。本发明制备方式简单，可高效的对氧气进行选择性的还原产生双氧水，该催化剂具有良好的催化稳定性及机械稳定性，可以长时间进行使用，有很大的应用潜力。
Description
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种改性MXene负载Ni催化剂及其制备方法和该催化剂在双氧水生产中的应用。
背景技术
MXene作为一种新型的二维材料，其结构类似于石墨烯，相比于石墨烯，它具有更好的导电性和价格低的优势，同时，通过研究，发现MXene与负载的金属的结合能更大，更有利于负载金属的均匀分布，这不仅可以暴露更多的活性位，提高催化剂的活性，更能提高催化剂的稳定性，防止金属的流失。近年来，随着材料科学的发展，对MXene的研究也越来越成为热门，其良好的物化性质，导电性以及机械稳定性造就了广泛应用的潜力，经过几年的研究，MXene被应用于各个领域，如储氢材料，锂离子电池材料，生物制药，加氢催化剂，以及各种电化学反应过程。在电化学反应中的应用主要包括析氢反应，析氧反应，以及阴极的氮气还原。
目前MXene在氧还原方面的应用较少，由于MXene在空气中极易发生氧化，在其表面形成氧化物，影响其导电性，进而降低其作为电催化剂载体的稳定性。因此在保证其活性的情况下提高其化学稳定性一个亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供了一种改性MXene负载Ni催化剂及其制备方法，它具有制备简单，催化效率高，很好的氧还原稳定性等优点，有着广泛的应用前景。
所述的一种改性MXene负载Ni催化剂，其特征在于催化剂由载体和负载于载体上的Ni组成，载体为改性二维材料MXene(Ti3C2)，Ni为活性组分，负载量以载体质量计为0.1 ~10 wt %，优选为5 wt %。
本发明还提供了一种改性MXene负载Ni催化剂的制备方法，其包括如下步骤：
1）先将Ti3AlC2置于两口烧瓶中，加入氧化剂，剧烈搅拌数个小时，然后取出进行超声处理一段时间；
2）将超声后的溶液进行洗涤过滤，然后向其中加入酸溶液，搅拌，超声，再进行洗涤、过滤；
3）将得到的样品进行干燥处理，收集并标记为Ti3C2。
4）对Ti3C2进行改性，通过高温NH3的焙烧，得到N掺杂的Ti3C2。
5)通过将Ni的前驱体与通过步骤4）改性后的催化剂进行混合，加入乙醇溶液，鼓入氮气保护，然后加入还原剂进行还原，搅拌数个小时，进行洗涤，过滤，干燥，得到催化剂Ni/N-Ti3C2。
进一步的，步骤1）先将Ti3AlC2置于两口烧瓶中，加入氧化剂，氧化剂为过氧化氢；Ti3AlC2与过氧化氢的量比为1g：5~30ml，优选为20ml，双氧水浓度为10~40wt %，优选为25wt %，剧烈搅拌数个小时，搅拌时间为5~20小时，优选为15小时，温度为18~35℃，优选为25℃；然后取出进行超声处理一段时间，超声功率为200~700 W，优选为450 W，时间为0.5~5h，优选为2h。
进一步的，步骤2）将超声后的溶液进行洗涤过滤，然后向其中加入酸溶液，加入的酸为盐酸，浓度为0.1~3 M，优选为2 M盐酸，然后进行搅拌，超声，搅拌时间为5~20小时，优选为15小时，温度为18~35℃，优选为25℃；最后超声操作，超声功率为200~700 W，优选为600 W，时间为0.5~5h，优选为4h。
进一步的，步骤3）中将得到的样品进行干燥处理，选择的干燥方式为为冷冻干燥，收集并标记为Ti3C2。
进一步的，步骤4）对Ti3C2进行改性，通过高温NH3的焙烧，焙烧温度为100~500℃，优选为300℃，时间为0.5~10h，优选为3h，升温速率为1 ~5℃/min，优选为3℃/min。收集黑色的固体，得到N掺杂的Ti3C2。
进一步的，步骤5）将Ni的前驱体与N掺杂的Ti3C2进行混合，Ni的前驱体溶液可以选择氯化镍，硝酸镍，醋酸镍等，优选硝酸镍，负载量为载体质量的0.1~10wt %，优选1wt %，加入乙醇溶液，乙醇的量与催化剂的量为20ml：0.5~2g，优选为20ml：1g。鼓入氮气保护，氮气流速为20~60ml/min，优选为40ml。然后加入还原剂进行还原，还原剂为硼氢化钠，还原剂的质量与N掺杂的Ti3C2质量比为5g：0.25~1g，优选为5g：0.5g，搅拌数个小时，时间为5~15h，优选为10h，进行洗涤，过滤，方式可选离心和抽滤，优选离心，然后进行干燥，选冷冻干燥，得到催化剂Ni/N-Ti3C2。
此外，本发明还提供了一种改性MXene负载Ni催化剂在双氧水生产中的应用。先将所述催化剂溶于乙醇和Nafion溶液中，经过超声分散得到溶液，将溶液涂敷于环盘电极上，用红外灯进行烘干，作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，铂丝为对电极，进行双氧水的生产。
进一步的，超声功率为700W，超声时间为30min。
进一步的，所述催化剂溶于乙醇和Nafion溶液中，催化剂的质量与乙醇、Nafion体积比为4：900：100，质量单位为mg，体积单位为μL。
通过上述技术制备的催化剂，与现有的催化剂相比，有以下增益效果：
本发明制备的一种改性MXene负载Ni催化剂的制备，其制备方式简单，通过简单的浸渍法可以得到Ni负载的双氧水催化剂，具有良好的催化性能，其优异的催化性能来源于通过N的掺杂可以调整Ni金属的电子结构，适当的电子结构有益于氧气分子在金属上的吸附作用，避免O-O键的断裂，有利于双氧水的形成。另一方面载体表面金属Ti与Ni 的作用力较强，有利于催化剂的机械稳定性和化学稳定性，有很大的发展潜力。
本发明的催化剂以CHI 760电化学工作站进行测试，搭建RRDE测试体系，其双氧水选择性达到90%以上，同时电子转移数接近2，体现了催化剂具有良好的氧还原制备双氧水的性能。
附图说明
图1为本发明实施例2的SEM图；
图2为本发明实施例5的SEM图；
图3为本发明实施例8的SEM图；
图4为本发明催化剂氧还原的选择性能图；
图5为本发明催化剂氧还原的转移电子数图；
图6为本发明实施例8催化剂的稳定性测试图。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明的技术方案进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
催化剂载体Ti3C2-1的制备，包括以下步骤：
将1g的Ti3AlC2置于两口烧瓶中，加入5ml浓度为10wt %的过氧化氢溶液，在18℃下剧烈搅拌5h，然后取出进行超声处理0.5 h，超声功率为200 W，将超声后的溶液进行洗涤过滤，然后向其中加入0.1 M盐酸，然后在18℃下搅拌5h，取出溶液置于超声池中，进行超声，超声功率为200 W，时间为0.5 h。将得到的样品进行冷冻干燥干燥处理，收集并标记为Ti3C2-1。
实施例2
催化剂载体Ti3C2-2的制备，包括以下步骤：
将1g的Ti3AlC2置于两口烧瓶中，加入20ml浓度为25wt %的过氧化氢溶液，在25℃下剧烈搅拌15h，然后取出进行超声处理2 h，超声功率为450 W，将超声后的溶液进行洗涤过滤，然后向其中加入2 M盐酸，然后在25℃下搅拌15 h，取出溶液置于超声池中，进行超声，超声功率为600 W，时间为4 h。将得到的样品进行冷冻干燥干燥处理，收集并标记为Ti3C2-2。
实施例3
催化剂载体Ti3C2-3的制备，包括以下步骤：
将1g的Ti3AlC2置于两口烧瓶中，加入30ml浓度为40wt %的过氧化氢溶液，在35℃下剧烈搅拌20h，然后取出进行超声处理5 h，超声功率为700 W，将超声后的溶液进行洗涤过滤，然后向其中加入3M盐酸，然后在35℃下搅拌20 h，取出溶液置于超声池中，进行超声，超声功率为600 W，时间为5 h。将得到的样品进行真空干燥干燥处理，收集并标记为Ti3C2-3。
实施例4
N掺杂Ti3C2-2-100的制备，包括以下步骤：
取上述制备的1g Ti3C2-2，置于瓷舟中，在管式炉中进行煅烧处理，通入NH3，焙烧温度为100℃，焙烧时间为0.5h，升温速率为1℃/min。收集黑色的固体，得到N掺杂的Ti3C2-2-100。
实施例5
N掺杂Ti3C2-2-300的制备，包括以下步骤：
取上述制备的1g Ti3C2-2，置于瓷舟中，在管式炉中进行煅烧处理，通入NH3，焙烧温度为300℃，焙烧时间为3h，升温速率为3℃/min。收集黑色的固体，得到N掺杂的Ti3C2-2-300。
实施例6
N掺杂Ti3C2-2-500的制备，包括以下步骤：
取上述制备的1g Ti3C2-2，置于瓷舟中，在管式炉中进行煅烧处理，通入NH3，焙烧温度为500℃，焙烧时间为10h，升温速率为5℃/min。收集黑色的固体，得到N掺杂的Ti3C2-2-500。
实施例7
0.1wt %Ni/N- Ti3C2-2-300催化剂的制备，其操作步骤如下：
将1g N掺杂的Ti3C2-2-300与3mg硝酸镍混合，加入40ml的乙醇溶液，鼓入氮气保护，氮气流速为20 ml/min。然后加入20g的硼氢化钠，进行搅拌5 h，将溶液进行离心，去掉杂质，收集离心后的样品冷冻干燥，得到催化剂为0.1wt %Ni/N- Ti3C2-2-300。
实施例8
1wt %Ni/N- Ti3C2-2-300催化剂的制备，其操作步骤如下：
将1g N掺杂的Ti3C2-2-300与30mg硝酸镍混合，加入20ml的乙醇溶液，鼓入氮气保护，氮气流速为40 ml/min。然后加入10g的硼氢化钠，进行搅拌10 h，将溶液进行离心，去掉杂质，收集离心后的样品冷冻干燥，得到催化剂为1wt %Ni/N- Ti3C2-2-300。
实施例9
10wt %Ni/N- Ti3C2-2-300催化剂的制备，其操作步骤如下：
将1g N掺杂的Ti3C2-2-300与300mg硝酸镍混合，加入10ml的乙醇溶液，鼓入氮气保护，氮气流速为60 ml/min。然后加入5g的硼氢化钠，进行搅拌15 h，将溶液进行离心，去掉杂质，收集离心后的样品冷冻干燥，得到催化剂为10wt %Ni/N- Ti3C2-2-300。
实施例10
1wt %Ni/N- Ti3C2-2-300催化剂的制备，其操作步骤如下：
将1g N掺杂的Ti3C2-2-300与22mg氯化镍混合，加入20ml的乙醇溶液，鼓入氮气保护，氮气流速为40 ml/min。然后加入10g的硼氢化钠，进行搅拌10 h，将溶液进行离心，去掉杂质，收集离心后的样品冷冻干燥，得到催化剂为1wt %Ni/N- Ti3C2-2-300-Cl。
实施例11
1wt %Ni/N- Ti3C2-2-300催化剂的制备，其操作步骤如下：
将1g N掺杂的Ti3C2-2-300与30mg醋酸镍混合，加入20ml的乙醇溶液，鼓入氮气保护，氮气流速为40 ml/min。然后加入10g的硼氢化钠，进行搅拌10 h，将溶液进行离心，去掉杂质，收集离心后的样品冷冻干燥，得到催化剂为1wt %Ni/N- Ti3C2-2-300-Ac。
电化学氧还原成双氧水的选择性测试，其操作步骤如下：
取4mg的催化剂溶于900μL乙醇和100μL的Nafion溶液中。在700 W下超声30min，然后取5μL溶液涂敷于环盘电极上，用红外灯进行烘干，作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，铂丝为对电极，采用RRDE进行测试，使用CHI 760电化学工作站。其测试结果如图4、5所示。
图1-3中显示了不同情况下催化剂的形态，图1为制备的Ti3C2，发现其存在层状结构，说明方法的可靠性，可以通过该方式进行制备Ti3C2，图2为N掺杂后的N- Ti3C2，其形貌没有发生很大的变化，表明N的掺杂不会造成其形貌的改变，图3为金属Ni负载后的SEM图，没有发现大的金属颗粒，表明其制备的Ni金属颗粒很小，且分布均匀，图4和5为实施例2、5和7、8、9的双氧水选择性和电子转移数，通过对比发现，N的掺杂可以提高其合成双氧水的性能，Ni的负载可以进一步提高催化剂的活性，但是存在最佳的负载量，过量的金属导致双氧水的分解。图6显示了其良好的稳定性。
Claims (10)
1.一种改性MXene负载Ni催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）先将Ti3AlC2置于两口烧瓶中，加入氧化剂，剧烈搅拌数个小时，然后取出进行超声处理一段时间；
2）将超声后的溶液进行洗涤过滤，然后向其中加入酸溶液，搅拌，超声，再进行洗涤、过滤；
3）将得到的样品进行干燥处理，收集并标记为Ti3C2；
4）对Ti3C2进行改性，通过高温NH3的焙烧，得到N掺杂的Ti3C2；
5)通过将Ni的前驱体与通过步骤4）改性后的催化剂进行混合，加入乙醇溶液，鼓入氮气保护，然后加入还原剂进行还原，搅拌数个小时，进行洗涤，过滤，干燥，得到催化剂Ni/N-Ti3C2。
2.根据权利要求1所述的一种改性MXene负载Ni催化剂的制备方法，其特征在于步骤1）先将Ti3AlC2置于两口烧瓶中，加入氧化剂，氧化剂为过氧化氢；Ti3AlC2与过氧化氢的量比为1g：5~30ml，过氧化氢浓度为10~40wt %，剧烈搅拌数个小时，搅拌时间为5~20小时，温度为18~35℃；然后取出进行超声处理一段时间，超声功率为200~700 W，时间为0.5~5h。
3.根据权利要求1所述的一种改性MXene负载Ni催化剂的制备方法，其特征在于步骤2）将超声后的溶液进行洗涤过滤，然后向其中加入酸溶液，加入的酸为盐酸，浓度为0.1~3 M，然后进行搅拌，超声，搅拌时间为5~20小时，温度为18~35℃；最后超声操作，超声功率为200~700 W，时间为0.5~5h。
4.根据权利要求1所述的一种改性MXene负载Ni催化剂的制备方法，其特征在于步骤3）中将得到的样品进行干燥处理，选择的干燥方式为冷冻干燥，收集并标记为Ti3C2。
5.根据权利要求1所述的一种改性MXene负载Ni催化剂的制备方法，其特征在于步骤4）对Ti3C2进行改性，通过高温NH3的焙烧，焙烧温度为100~500℃，时间为0.5~10h，升温速率为1 ~5℃/min，收集黑色的固体，得到N掺杂的Ti3C2。
6.根据权利要求1所述的一种改性MXene负载Ni催化剂的制备方法，其特征在于步骤5）将Ni的前驱体与N掺杂的Ti3C2进行混合，Ni的前驱体溶液为氯化镍，硝酸镍，醋酸镍中的一种，负载量为载体质量的0.1~10wt %，加入乙醇溶液，乙醇的量与催化剂的量为20ml：0.5~2g，鼓入氮气保护，氮气流速为20~60ml/min，然后加入还原剂进行还原，还原剂为硼氢化钠，还原剂的质量与N掺杂的Ti3C2质量比为5g：0.25~1g，搅拌数个小时，时间为5~15h，进行洗涤，过滤，方式可选离心和抽滤，然后进行干燥，可选真空干燥和冷冻干燥，得到催化剂Ni/N-Ti3C2。
7.一种改性MXene负载Ni催化剂，由权利要求1-6任意一项所述的制备方法制得，其特征在于催化剂由载体和负载于载体上的Ni组成，载体为改性二维材料MXene，Ni为活性组分，负载量以载体质量计为0.1 ~ 10 wt %。
8.根据权利要求7所述的一种改性MXene负载Ni催化剂，其特征在于所述改性二维材料MXene为改性的Ti3C2，所述活性组分负载量以载体质量计为5 wt %。
9.一种改性MXene负载Ni催化剂在双氧水生产中的应用，其特征在于所述催化剂为根据权利要求1-6中任意一项所述的制备方法制得。
10.根据权利要求9所述的一种改性MXene负载Ni催化剂在双氧水生产中的应用，其特征在于先将所述催化剂溶于乙醇和Nafion溶液中，经过超声分散得到溶液，将溶液涂敷于环盘电极上，用红外灯进行烘干，作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，铂丝为对电极，进行双氧水的生产，所述超声的功率为700W，超声时间为30min，所述催化剂的质量与乙醇、Nafion体积比为4：900：100，质量单位为mg，体积单位为μL。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110564191.4A CN113322485B (zh) | 2021-05-24 | 2021-05-24 | 一种改性MXene负载Ni催化剂及其制备方法和在双氧水生产中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110564191.4A CN113322485B (zh) | 2021-05-24 | 2021-05-24 | 一种改性MXene负载Ni催化剂及其制备方法和在双氧水生产中的应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113322485A CN113322485A (zh) | 2021-08-31 |
| CN113322485B true CN113322485B (zh) | 2022-06-17 |
Family
ID=77416419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110564191.4A Active CN113322485B (zh) | 2021-05-24 | 2021-05-24 | 一种改性MXene负载Ni催化剂及其制备方法和在双氧水生产中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113322485B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114016057B (zh) * | 2021-10-26 | 2023-01-24 | 华中科技大学 | 一种MXenes复合物催化剂及其制备方法和应用 |
| CN114182286A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-15 | 太原理工大学 | 一种水热法制备Ni-Ti3C2复合电催化剂的方法 |
| CN114875441B (zh) * | 2022-05-09 | 2024-05-14 | 浙江工业大学 | 一种负载金属Ni的碳气凝胶催化剂、其制备方法和应用 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101694880A (zh) * | 2009-10-22 | 2010-04-14 | 复旦大学 | 一种燃料电池电极催化剂 |
| CA2760295A1 (en) * | 2009-04-28 | 2010-11-04 | Showa Denko K.K. | Non-corroding, stable, oxygen-reduction catalyst for a fuel cell |
| CN103464189A (zh) * | 2013-09-13 | 2013-12-25 | 哈尔滨工程大学 | 碳包覆碳化钛负载镍和四氧化三钴的h2o2电还原催化材料的制备方法 |
| CN111215108A (zh) * | 2018-11-26 | 2020-06-02 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 负载型过渡金属单原子催化剂及其普适性制备方法和应用 |
| CN111905785A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-11-10 | 浙江工业大学 | 一种单层MXeneTi3C2负载Pt催化剂及其制备方法和应用 |
| CN112076774A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-15 | 华东理工大学 | 一种碳化钛量子点负载碳缺陷反蛋白石氮化碳的催化剂及其制备方法 |
| CN112442708A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-05 | 复旦大学 | 电催化氧还原制过氧化氢氮掺杂碳催化剂及其制备方法 |
-
2021
- 2021-05-24 CN CN202110564191.4A patent/CN113322485B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2760295A1 (en) * | 2009-04-28 | 2010-11-04 | Showa Denko K.K. | Non-corroding, stable, oxygen-reduction catalyst for a fuel cell |
| CN101694880A (zh) * | 2009-10-22 | 2010-04-14 | 复旦大学 | 一种燃料电池电极催化剂 |
| CN103464189A (zh) * | 2013-09-13 | 2013-12-25 | 哈尔滨工程大学 | 碳包覆碳化钛负载镍和四氧化三钴的h2o2电还原催化材料的制备方法 |
| CN111215108A (zh) * | 2018-11-26 | 2020-06-02 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 负载型过渡金属单原子催化剂及其普适性制备方法和应用 |
| CN111905785A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-11-10 | 浙江工业大学 | 一种单层MXeneTi3C2负载Pt催化剂及其制备方法和应用 |
| CN112076774A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-15 | 华东理工大学 | 一种碳化钛量子点负载碳缺陷反蛋白石氮化碳的催化剂及其制备方法 |
| CN112442708A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-05 | 复旦大学 | 电催化氧还原制过氧化氢氮掺杂碳催化剂及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113322485A (zh) | 2021-08-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113322485B (zh) | 一种改性MXene负载Ni催化剂及其制备方法和在双氧水生产中的应用 | |
| CN112652780B (zh) | 一种Fe/Fe3C纳米颗粒负载多孔氮掺杂碳基氧还原催化剂的制备方法 | |
| KR20130001876A (ko) | 연료전지용 촉매의 제조방법 | |
| CN109694071B (zh) | 一种以椰壳为原料制备氮掺杂多孔碳材料的方法及应用 | |
| CN110961162B (zh) | 一种催化剂载体、贵金属催化剂及其制备方法和应用 | |
| WO2012071709A1 (zh) | 一种ag/mnyox/c催化剂及其制备和应用 | |
| CN110201715B (zh) | 铁掺杂聚合物衍生的非贵金属co2还原复合催化剂、其制备方法及其应用 | |
| CN114300693B (zh) | 一种碳载体活化提高燃料电池碳载铂基催化剂稳定性的方法 | |
| CN110854392A (zh) | 一种基于金属有机骨架的谷穗状碳材料及制备和应用 | |
| CN114335572B (zh) | 一种用于燃料电池的金属氧化物复合碳载铂基催化剂及其制备方法 | |
| CN111921551A (zh) | 一种包覆铁钴镍三元合金的氮掺杂碳框架材料的制备方法 | |
| CN109772410A (zh) | 一种高效铱基电解水双功能催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113611874A (zh) | 复合碳载体合金催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN115896848A (zh) | 一种氮/硫共掺杂多孔碳负载锌单原子/金属铜串联催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113851664B (zh) | 一种制备含sp-氮掺杂石墨炔空心球电催化剂的方法及制得的材料和应用 | |
| CN110055556A (zh) | 析氢反应催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN112615017A (zh) | 一种铆钉碳基铂合金催化剂及制备方法 | |
| CN111129525A (zh) | 一种燃料电池用碳载体、其制备方法和在燃料电池中的应用 | |
| CN115050972B (zh) | 一种多面体碳壳层负载过渡金属基氢氧化催化剂载体及其制备方法和应用 | |
| CN113903928B (zh) | 一种Sb/NC电催化剂的制备方法及应用 | |
| CN113571720B (zh) | 一种含金属铂的碳基催化剂、制备方法及其应用 | |
| CN114284513A (zh) | 一种氮掺杂石墨单炔负载贵金属纳米颗粒电催化剂的制备方法 | |
| CN111785976A (zh) | 一种氧还原催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN111244481A (zh) | 一种棕腐酸层片基MOFs衍生电催化剂材料的制备方法 | |
| CN114411191B (zh) | 一种高分散氧化石墨烯负载型钌催化剂的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |