CN116083949B - MXene负载Ag-ZnO电催化剂及其制备方法、应用和测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了MXene负载Ag‑ZnO电催化剂及其制备方法、应用和测试方法，通过离子交换以及高温煅烧方案将银纳米颗粒负载到氧化锌多孔纳米带上，并利用二维超薄MXene纳米片作为基底材料，通过原位组装策略将二者结合到一起。本发明获得的催化剂展现出优异的电化学性能，在‑0.87Vvs.RHE电压下，电催化二氧化碳转化为一氧化碳的法拉第效率高达98.0％，一氧化碳分电流密度高达22.6mA cm‑2，可实现远高于大多数银基和锌基催化剂的高法拉第效率和高一氧化碳分电流密度。该制备方法可大量制备催化剂，且简单可靠，制备的MXene负载Ag‑ZnO电催化剂具有高效二氧化碳还原催化性能，在“碳中和碳达峰”等节能减排领域具有很大的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于温室气体减排资源化以及电催化材料合成与应用领域，具体涉及一种MXene负载Ag-ZnO电催化剂及其制备方法、应用和测试方法。
技术背景
传统化石燃料是现代能源体系的主要支柱，其大量使用导致全球大气中CO2浓度不断上升，产生温室效应已经开始影响到人类生存环境，人们意识到仅靠自然界光合作用转化CO2是远远不够的。针对此严峻形势，电化学转化CO2在普通环境条件下可操作，更容易规模化应用。电催化二氧化碳还原反应(electrocatalytic CO2 reduction reaction,eCO2RR)是通过太阳能、风能、水能和核能等可再生能源，或者非用电高峰时期的电力将大气中的CO2转化为CH4、CO、C2H6O、C2H6等化学制品和燃料，加以储存，缓解能源危机和温室效应，它是一种非常有效的CO2转化方法。其中，一氧化碳是工业合成中重要的上游原料。但是，eCO2RR仍旧面临很大的问题，该反应涉及到多质子耦合多电子转移，具有高的热力学和动力学障碍，而且不可避免地要和析氢反应(hydrogen evolution reaction,HER)竞争，实际应用中转化效率低。
因此，开发利用高效的催化剂来调控质子/电子转移获取目标所需产物具有重大意义。贵金属银基催化剂能髙效催化生成CO，但是转化成本较高。
针对现状，研究开发一种MXene负载Ag-ZnO电催化剂的制备方法，将具有Zn-Ag异质结界面的Ag-ZnO双金属催化剂原位组装在具有高电子导电性和强界面耦合的二维超薄层状MXene纳米片上，获得了一种三元MXene负载Ag-ZnO电催化剂。该催化剂展现出优异的电化学性能，在-0.87Vvs.RHE电压下，电催化二氧化碳转化为一氧化碳的法拉第效率(FECO)高达98.0％，一氧化碳分电流密度(jCO)高达22.6mA cm-2，可实现远高于大多数银基和锌基催化剂的高法拉第效率和高一氧化碳分电流密度。该催化剂可以在保证较高催化性能的同时，降低使用成本。因此，开发新方法制备具有高碳转化效率和低成本的MXene负载Ag-ZnO电催化剂非常必要。
发明内容
本发明旨在提供一种用以催化中性条件下二氧化碳还原反应的MXene负载Ag-ZnO电催化剂。其组分包括二维超薄层状纳米片MXene、多孔纳米带ZnO和纳米颗粒Ag。本发明所述MXene负载Ag-ZnO催化剂的制备方法，步骤如下：
(1)将称量好的硒化锌粉末分散到去离子水中，室温下搅拌0.5～1h后形成均匀硒化锌溶液。
(2)按照设定的摩尔比将对应物质的量的硝酸银加入到(1)溶液中，使得溶液中发生阳离子交换反应，室温下搅拌1h，分别得到形貌均匀的硒化银纳米颗粒负载硒化锌纳米带，用去离子水进行洗涤。
(3)将(2)中得到的硒化银纳米颗粒负载硒化锌纳米带置于瓷舟中，在空气气氛下进行高温煅烧2h，分别得到形貌均匀的银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带。
(4)将商业Ti3AlC2在氟化氢溶液中进行刻蚀36h，并在去离子水中进行超声剥离12h得到一定浓度的二维超薄MXene纳米片溶液。
(5)将(3)中得到的银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带加入到(4)中得到的MXene溶液中，并分别进行1h的搅拌和超声处理，用去离子水进行洗涤并干燥后得到本发明所述MXene负载Ag-ZnO电催化剂。
物质的量按照以下比例：步骤(1)所述硒化锌粉末为1mmol；步骤(2)所述对应物质的量的硝酸银为0.1～1mmol。步骤(4)所述一定浓度的二维超薄MXene纳米片溶液为3mg/mL。步骤(5)所述银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带的质量为10mg，MXene溶液的体积为10mL。
步骤(3)所述在空气气氛下进行高温煅烧的温度为500℃。
步骤(3)所述银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)，在其透射电子显微镜图像，高分辨透射和选区电子衍射图像中，Ag-ZnO显示了具有六方相的ZnO纳米带和具有立方相的Ag纳米域的结晶结构。晶面间距为和/>的晶格条纹分别对应于ZnO的(101)面和Ag的(111)面。高角环形暗场扫描透射电子显微镜图像和相应的元素分布图像显示了Zn和Ag的均匀隔离分布，表明多孔ZnO纳米带和Ag纳米域的相分离。
所制得MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)的透射电子显微镜图像显示了具有分级结构的刚形成的Ag-ZnO/Ti3C2Tx，该分级结构包含超薄平面纳米片上的多孔纳米带，高分辨透射和选区电子衍射图像中，Ag-ZnO/Ti3C2Tx显示了具有六方相ZnO纳米带和立方相Ag纳米域的结晶结构。晶面间距为和/>的晶格条纹分别对应于ZnO的(101)和(110)面，以及/>的晶格条纹对应Ag的(111)面。高角环形暗场扫描透射电子显微镜图像和相应的元素分布图像显示了Zn和Ag的均匀隔离分布，表明多孔ZnO纳米带和Ag纳米域的相分离，并且多孔ZnO纳米带和Ag纳米域负载在了均匀分布Ti和C元素的MXene纳米片上。
本发明通过X射线衍射(XRD)表征相结构，Ag-ZnO的特征峰很好地对应于ZnO和Ag，其中没有ZnSe峰表明ZnSe完全转化为ZnO。其次，Ag-ZnO/Ti3C2Tx的特征峰很好地对应于ZnO和Ag，其中没有ZnSe峰表明ZnSe完全转化为ZnO。同时可以在Ag-ZnO/Ti3C2Tx中观察到MXene的宽峰。为了进一步分析电子结构并研究Ag-ZnO/Ti3C2Tx中Zn和Ag的调节，通过X射线光电子能谱(XPS)光谱研究了元素价态信息。在Ag-ZnO中，位于1022.0和1045.1eV的峰可归因于Zn 2p3/2和2p1/2，表明Zn具有+2价，而对于0价态的Ag可观察到位于368.2和374.2eV的Ag3d5/2和3d3/2的两个峰。在Ag-ZnO/Ti3C2Tx构建之后，对应Zn 2p3/2和2p1/2的峰分别稍微向较低的结合能移动到了1021.7eV和1044.8eV。相反，Ag 3d5/2和3d3/2的峰红移至更高的结合能368.3eV和374.3eV。该结果表明，随着电子从Ag转移到Zn，阳离子Zn周围的电荷密度增加。Ag-ZnO和MXene纳米片之间有很强的化学耦合。拉曼(Raman)结果进一步显示了Ag-ZnO和MXene之间的成功耦合，位于276.5、345.2、387.6和436.7cm-1的峰，对应于ZnO，位于212.2cm-1的峰，对应于MXene中Ti、C、O的离面振动。与Ag-ZnO相比，Ag-ZnO/Ti3C2Tx纳米结构在电子顺磁共振(EPR)光谱中具有增强和加宽的峰，表明畸变增加。Ag-ZnO/Ti3C2Tx的峰略微向高g因子移动，提示Ag原子的未配对电子发生了变化。通过比表面积测试(BET)，发现Ag-ZnO/Ti3C2Tx纳米结构的表面积为36.78m2 g-1，表明其具有多孔特征，在引入MXene纳米片后，Ag-ZnO/Ti3C2Tx的表面积可显著增加至146.44m2 g-1。孔结构分析表明孔径小于10纳米的Ag-ZnO的中孔结构，与形态学特征一致。Ag-ZnO/Ti3C2Tx继承了Ag-ZnO的介孔结构，孔径略有增加。
本发明还提供了MXene负载Ag-ZnO催化剂的测试方法，包括以下步骤：
(1)将一定质量的上述MXene负载Ag-ZnO电催化剂加入到含有乙醇和粘结剂的混合溶液中进行超声处理1h，得到催化剂油墨状液体。
(2)取一定体积该油墨状液体缓慢滴加到经过处理的导电碳纸上，待室温干燥后形成工作电极。
(3)在H-型电解槽中采用三电极体系进行电化学实验测试，电解槽中加入一定浓度的KHCO3电解液。
(4)在不同恒电位极化测试条件下极化1h，每隔15min取一定体积H-型电解槽中气体注射到气相色谱仪器中进行测试。
(5)结合气相色谱仪器得到的数据和电化学数据，对催化剂材料的电化学性能进行分析。
所述一定质量的上述MXene负载Ag-ZnO电催化剂为7mg。
所述乙醇和粘结剂的混合溶液中乙醇和粘结剂的体积分别为950μL和50μL。
所述一定体积该油墨状液体为100μL。
所述经过处理的导电碳纸的处理方式为将导电碳纸裁剪为1x 1.5cm2大小，并在一面贴上绝缘胶带以保证只留出负载面积为1x 1cm2的一面以便于滴加催化剂油墨状液体。
所述三电极体系包括步骤(2)所述制备好的工作电极、对电极铂网和参比电极Ag/AgCl。
所述电化学实验测试包括线性扫描伏安法(LSV)、电化学活性表面积测试(ECSA)、恒电位极化测试(it)等。
所述一定浓度的KHCO3电解液的浓度为0.5mol/L。
所述一定体积H-型电解槽中气体为1mL。
所述对催化剂材料的电化学性能进行分析中电化学性能包括二氧化碳转化为一氧化碳的法拉第效率(FECO)、一氧化碳分电流密度(jCO)等。其中法拉第效率所依据的参考公式为：FE＝nxFxN/Qtotal。其中n代表CO和H2的在还原反应中属于两电子反应，F为法拉第常数，N为CO和H2转移的电子数，Qtotal为总电荷电子。
本发明的电化学测试结果表明，所制备的催化剂在0.5M KHCO3溶液中表现出优异的电催化活性，例如实施例一中，Ag-ZnO/Ti3C2Tx比其他催化剂(包括Ag-ZnO、Ag和ZnO)在CO2饱和电解质中的线性扫描伏安法(LSV)测量的电流密度都要高，其中Ag-ZnO/Ti3C2Tx在-0.87V电势下的电流密度达到23.1mA cm-2，分别是Ag-ZnO、ZnO和Ag的1.3、4.6和3.9倍左右。
所制备催化剂Ag-ZnO/Ti3C2Tx在CO2饱和的0.5M KHCO3溶液中，在较低的工作电压-0.87V(vs.RHE)下，产物一氧化碳的法拉第效率(FECO)可以达到98.0％，一氧化碳分电流密度高达22.6mA cm-2。在实施例二中，所制备催化剂Ag-ZnO在相同的工作电压下，产物一氧化碳的法拉第效率只有73％，同时一氧化碳分电流密度只有13.3mA cm-2。在实施例三中，所制备催化剂ZnO在相同的工作电压下，产物一氧化碳的法拉第效率只有22％，同时一氧化碳分电流密度只有1.1mA cm-2。在实施例四中，所制备催化剂Ag在相同的工作电压下，产物一氧化碳的法拉第效率只有61％，同时一氧化碳分电流密度只有3.6mA cm-2。为了解释电催化二氧化碳还原性能的增强原因，利用电化学活性表面积(ECSA)通过计算双层电容值(Cdl)进行分析，其中Ag-ZnO/Ti3C2Tx显示出较高的Cdl值，表明Ag-ZnO/Ti3C2Tx的表面积较大。对各种样品的LSV曲线进行了Tafel斜率分析，其中Ag-ZnO/Ti3C2Tx在各样品中的Tafel斜率较小，表明反应动力学得到促进。同时，所制备的催化剂在0.5M KHCO3溶液中显示出良好的稳定性，在-0.87V(vs.RHE)的电压下进行超过12h的恒电压测试，其电流密度没有明显下降。
本发明通过离子交换以及高温煅烧方案将银纳米颗粒负载到氧化锌多孔纳米带，并通过原位组装策略与二维超薄MXene纳米片组装到一起，将独特的Ag-ZnO异质结结构和与具有强界面电子耦合的MXene纳米片结合，得到MXene负载Ag-ZnO电催化剂，在该催化剂表面调节二氧化碳还原反应以高效合成一氧化碳。通过巧妙结构设计得到的MXene负载Ag-ZnO催化剂展现出优异的电化学性能，二氧化碳转化为一氧化碳的法拉第效率高达98.0％，在-0.87V电压下，一氧化碳分电流密度高达22.6mA cm-2，可实现远高于银基和锌基催化剂的高法拉第效率和高一氧化碳分电流密度。因此，与高导电性的MXene相耦合的Ag-ZnO异质结的精确设计在电化学二氧化碳还原反应产生一氧化碳的研究中显示出巨大的潜力。
附图说明
图1是本发明实施例1中所制得MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)的透射电子显微镜图像(TEM)。
图2是本发明实施例2中所制得银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)的透射电子显微镜图像(TEM)。
图3是本发明实施例1中所制得MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)的高分辨透射(HR-TEM)。
图4是本发明实施例1中所制得MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)的选区电子衍射(SAED)图像。
图5是本发明实施例2中所制得银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)的高分辨透射(HR-TEM)。
图6是本发明实施例2中所制得银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)的选区电子衍射(SAED)图像。
图7是本发明实施例1中所制得MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)的高角环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)以及锌、银、氧、钛和碳的元素分布图像。
图8是本发明实施例2中所制得银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)的高角环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)以及锌、银和氧的元素分布图像。
图9是本发明实施例1中所制得MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)和实施例2所制得银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)的X射线衍射(XRD)图谱。
图10是本发明实施例1中所制得MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)和实施例2所制得银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)的锌元素的X射线光电子能谱分析(XPS)图谱。
图11是本发明实施例1中所制得MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)和实施例2所制得银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)的银元素的X射线光电子能谱分析(XPS)图谱。
图12是本发明实施例1中所制得MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)和实施例2所制得银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)的拉曼(Raman)图谱。
图13是本发明实施例1中所制得MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)和实施例2所制得银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)的电子顺磁共振(EPR)光谱之一。
图14是本发明实施例1中所制得MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)和实施例2所制得银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)的电子顺磁共振(EPR)光谱之二。
图15是本发明实施例1中所制得MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)和实施例2所制得银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)的比表面积测试(BET)图像之一。
图16是本发明实施例1中所制得MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)和实施例2所制得银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)的比表面积测试(BET)图像之二。
图17是本发明实施例1中所制得MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)、实施例2所制得银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)、实施例3所制得氧化锌纳米带(ZnO)和实施例4所制得银纳米颗粒(Ag)的线性扫描伏安(LSV)曲线，测试条件：扫描速度为5mV/s，电压范围为-0.1～-1.5V(vs.RHE)，电解质溶液为0.5M KHCO3。
图18是本发明实施例1中所制得MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)、实施例2所制得银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)、实施例3所制得氧化锌纳米带(ZnO)和实施例4所制得银纳米颗粒(Ag)的产物一氧化碳的法拉第效率(FECO)图。
图19是本发明实施例1中所制得MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)、实施例2所制得银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)、实施例3所制得氧化锌纳米带(ZnO)和实施例4所制得银纳米颗粒(Ag)的产物一氧化碳的分电流(jCO)图。
图20分别是本发明实施例1中所制得MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)、实施例2所制得银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)、实施例3所制得氧化锌纳米带(ZnO)和实施例4所制得银纳米颗粒(Ag)的电化学比表面积(ECSA)测试。
图21是本发明实施例1中所制得MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)、实施例2所制得银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)、实施例3所制得氧化锌纳米带(ZnO)和实施例4所制得银纳米颗粒(Ag)的Tafel曲线图。
图22是本发明实施例1中所制得MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)在-0.87345V电压下的恒电位极化(it)测试12h。
具体实施方式
为进一步理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但并不以任何方式限制本发明。
实施例1：
(1)ZnSe纳米带的制备
将0.4mmol的Se粉末溶解在20mL的N2H4 H2O中，搅拌0.5h，以形成0.02M的棕色a溶液；将0.2mmol的ZnCl2粉末分散到20mL去离子水中，搅拌0.5h，得到0.01M的b溶液；在匀速搅拌下，将a溶液缓慢滴加到b溶液中，搅拌1h，得到c溶液。接着将c溶液转移到含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在180℃下进行水热反应12h。之后，在6000转速下离心，用去离子水和乙醇分别洗涤三次并在相同转速下离心，所得产物在60℃下进行真空干燥24h。然后将制备的前体纳米带装入瓷舟中，在氩气气氛条件下，于400℃煅烧2h，其中升温速率为5℃/min，首先在室温条件下通气0.5h以保证氩气气氛饱和，然后开始加热升温至400℃后保温两小时。待煅烧完毕，将瓷舟中样品收集，得到ZnSe纳米带。
(2)硒化银纳米颗粒负载硒化锌纳米带(Ag2Se-ZnSe)的制备
将(1)所得的ZnSe纳米带0.1mmol溶解在10mL去离子水中，搅拌0.5h，以形成0.01M的d溶液；将0.1mmol的AgNO3粉末溶解在10mL的去离子水中，形成0.01M的e溶液，在匀速搅拌下，将e溶液缓慢滴加到d溶液中，搅拌0.5h，在此过程中Zn2+和Ag+之间发生阳离子交换反应。之后，在6000转速下离心，用去离子水和乙醇分别洗涤三次并在相同转速下离心，所得产物在60℃下进行真空干燥24h。待真空干燥完毕，将样品收集，得到硒化银纳米颗粒负载硒化锌纳米带(Ag2Se-ZnSe)。
(3)银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)的制备
取(2)得到的Ag2Se-ZnSe样品装入瓷舟中，在空气气氛条件下，于500℃下煅烧2h，其中升温速率为5℃/min，从室温升至500℃后保温两小时。待煅烧完毕，将瓷舟中样品收集，得到银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)。
(4)MXene(Ti3C2Tx)超薄纳米片的制备
在匀速搅拌下，将2g的LiF粉末添加到9M的盐酸溶液中，搅拌2h，制备得到氟化氢(HF)刻蚀溶液。然后将商业MXene粉末浸入上述刻蚀溶液中，并搅拌36h，通过氟化氢刻蚀以选择性去除掉Al成分。在超声条件下将悬浮液剥离12h，在6000转速下离心，用去离子水和乙醇分别洗涤三次并在相同转速下离心，所得产物在60℃下进行真空干燥24h。待真空干燥完毕，将样品收集，获得MXene(Ti3C2Tx)粉末。在超声条件下，将30mg的MXene(Ti3C2Tx)粉末加入到10mL的去离子水中，超声处理0.5h，以形成f溶液备用。
(5)MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)的制备
在超声条件下，将10mg(3)中所得10mg的Ag-ZnO样品加入到10mL的f溶液中，超声处理1h。之后，在6000转速下离心，用去离子水和乙醇分别洗涤三次并在相同转速下离心，所得产物在60℃下进行真空干燥24h。待真空干燥完毕，将样品收集，最终得到本发明所述MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)催化剂。该MXene负载Ag-ZnO(Ag-ZnO/Ti3C2Tx)催化剂的形貌请查阅(图1，图3、图4和图7)，其表征相结构(XRD)请查阅图9，元素价态信息(XPS)请查阅图10和图11，拉曼图谱(Raman)请查阅图12，电子顺磁共振光谱(EPR)请查阅图13和图14，比表面积测试(BET)请查阅图15和图16。
(6)二氧化碳还原电极材料的制备及电催化二氧化碳还原性能测试
将7mg的(5)中所得Ag-ZnO/Ti3C2Tx粉末分散于950μL放入异丙醇溶液中，再加入50μL的Nafion溶液，超声2h得到均匀分散的墨汁状溶液。给1x1.5cm2大小的导电碳纸贴上绝缘胶带，以保证只留出负载面积为1x1cm2的一面，取100μL的墨汁溶液缓慢的滴覆在该1x1cm2面上，以确保负载量为0.7mg/cm2，碳纸剩余0.5cm余量便于电极夹的固定，室温下晾干作为电极材料，使用三电极体系，在电化学工作站上测定其二氧化碳还原电催化性能。该催化材料的线性扫描伏安曲线(LSV)、产物一氧化碳的法拉第效率(FECO)图、产物一氧化碳的分电流(jCO)图、电化学比表面积(ECSA)测试、Tafel曲线图和恒电位极化(it)稳定性测试请分别参阅图17、图18、图19、图20、图21和图22。
实施例2：
(1)ZnSe纳米带的制备
将0.4mmol的Se粉末溶解在20mL的N2H4 H2O中，搅拌0.5h，以形成0.02M的棕色a溶液；将0.2mmol的ZnCl2粉末分散到20mL去离子水中，搅拌0.5h，得到0.01M的b溶液；在匀速搅拌下，将a溶液缓慢滴加到b溶液中，搅拌1h，得到c溶液。接着将c溶液转移到含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在180℃下进行水热反应12h。之后，在6000转速下离心，用去离子水和乙醇分别洗涤三次并在相同转速下离心，所得产物在60℃下进行真空干燥24h。然后将制备的前体纳米带装入瓷舟中，在氩气气氛条件下，于400℃煅烧2h，其中升温速率为5℃/min，首先在室温条件下通气0.5h以保证氩气气氛饱和，然后开始加热升温至400℃后保温两小时。待煅烧完毕，将瓷舟中样品收集，得到ZnSe纳米带。
(2)硒化银纳米颗粒负载硒化锌纳米带(Ag2Se-ZnSe)的制备
将(1)所得的ZnSe纳米带0.1mmol溶解在10mL去离子水中，搅拌0.5h，以形成0.01M的d溶液；将0.1mmol的AgNO3粉末溶解在10mL的去离子水中，形成0.01M的e溶液，在匀速搅拌下，将e溶液缓慢滴加到d溶液中，搅拌0.5h，在此过程中Zn2+和Ag+之间发生阳离子交换反应。之后，在6000转速下离心，用去离子水和乙醇分别洗涤三次并在相同转速下离心，所得产物在60℃下进行真空干燥24h。待真空干燥完毕，将样品收集，得到硒化银纳米颗粒负载硒化锌纳米带(Ag2Se-ZnSe)。
(3)银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)的制备
取(2)得到的Ag2Se-ZnSe样品装入瓷舟中，在空气气氛条件下，于500℃下煅烧2h，其中升温速率为5℃/min，从室温升至500℃后保温两小时。待煅烧完毕，将瓷舟中样品收集，最终得到银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)催化剂。该银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带(Ag-ZnO)催化剂的形貌请查阅(图2，图5、图6和图8)，其表征相结构(XRD)请查阅图9，元素价态信息(XPS)请查阅图10和图11，拉曼图谱(Raman)请查阅图12，电子顺磁共振光谱(EPR)请查阅图13和图14，比表面积测试(BET)请查阅图15和图16。
(4)二氧化碳还原电极材料的制备及电催化二氧化碳还原性能测试
将7mg的(3)中所得Ag-ZnO粉末分散于950μL放入异丙醇溶液中，再加入50μL的Nafion溶液，超声2h得到均匀分散的墨汁状溶液。给1x1.5cm2大小的导电碳纸贴上绝缘胶带，以保证只留出负载面积为1x1cm2的一面，取100μL的墨汁溶液缓慢的滴覆在该1x1cm2面上，以确保负载量为0.7mg/cm2，碳纸剩余0.5cm余量便于电极夹的固定，室温下晾干作为电极材料，使用三电极体系，在电化学工作站上测定其二氧化碳还原电催化性能。该催化材料的线性扫描伏安曲线(LSV)、产物一氧化碳的法拉第效率(FECO)图、产物一氧化碳的分电流(jCO)图、电化学比表面积(ECSA)测试和Tafel曲线图请分别参阅图17、图18、图19、图20和图21。
实施例3：
(1)ZnSe纳米带的制备
将0.4mmol的Se粉末溶解在20mL的N2H4 H2O中，搅拌0.5h，以形成0.02M的棕色a溶液；将0.2mmol的ZnCl2粉末分散到20mL去离子水中，搅拌0.5h，得到0.01M的b溶液；在匀速搅拌下，将a溶液缓慢滴加到b溶液中，搅拌1h，得到c溶液。接着将c溶液转移到含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在180℃下进行水热反应12h。之后，在6000转速下离心，用去离子水和乙醇分别洗涤三次并在相同转速下离心，所得产物在60℃下进行真空干燥24h。然后将制备的前体纳米带装入瓷舟中，在氩气气氛条件下，于400℃煅烧2h，其中升温速率为5℃/min，首先在室温条件下通气0.5h以保证氩气气氛饱和，然后开始加热升温至400℃后保温两小时。待煅烧完毕，将瓷舟中样品收集，得到ZnSe纳米带。
(2)氧化锌纳米带(ZnO)的制备
取(1)得到的ZnSe样品装入瓷舟中，在空气气氛条件下，于500℃下煅烧2h，其中升温速率为5℃/min，从室温升至500℃后保温两小时。待煅烧完毕，将瓷舟中样品收集，最终得到氧化锌纳米带(ZnO)催化剂。
(3)二氧化碳还原电极材料的制备及电催化二氧化碳还原性能测试
将7mg的(2)中所得氧化锌纳米带(ZnO)粉末分散于950μL放入异丙醇溶液中，再加入50μL的Nafion溶液，超声2h得到均匀分散的墨汁状溶液。给1x1.5cm2大小的导电碳纸贴上绝缘胶带，以保证只留出负载面积为1x1cm2的一面，取100μL的墨汁溶液缓慢的滴覆在该1x1cm2面上，以确保负载量为0.7mg/cm2，碳纸剩余0.5cm余量便于电极夹的固定，室温下晾干作为电极材料，使用三电极体系，在电化学工作站上测定其二氧化碳还原电催化性能。该催化材料的线性扫描伏安曲线(LSV)、产物一氧化碳的法拉第效率(FECO)图、产物一氧化碳的分电流(jCO)图、电化学比表面积(ECSA)测试和Tafel曲线图请分别参阅图17、图18、图19、图20和图21。
实施例4：
(1)银种前驱体的制备
将5mmol硝酸银分散到100mL去离子水中，超声0.5h，得到50mM的a溶液；将3mmol柠檬酸三钠分散到100mL去离子水中，超声0.5h，得到30mM的b溶液；将0.1mol硼氢化钠分散到100mL去离子水中，超声0.5h，得到1M的c溶液。在25℃下，将b缓慢滴加到a溶液中并搅拌1h，得到d溶液，然后将c溶液在均匀搅拌下缓慢滴加到d溶液中并搅拌10min，静置5h。得到银种前驱体。
(2)银纳米颗粒(AgNP)的制备
将0.1mmol抗坏血酸分散到100mL去离子水中，超声0.5h，得到1mM的e溶液；取(1)得到的银种前驱体0.2mL到烧杯中，在匀速搅拌下，另取7.5mL的b溶液和3mL的a溶液依次加入烧杯中。再取62.5mL的e溶液倒入恒压滴液漏斗中，在搅拌的条件下逐滴滴加入烧杯中，待搅拌1h后，在6000转速下离心，用去离子水和乙醇分别洗涤三次并在相同转速下离心，所得产物进行冷冻干燥24h。最终得到本发明所述银纳米颗粒(AgNP)催化剂。
(3)二氧化碳还原电极材料的制备及电催化二氧化碳还原性能测试
将7mg的(2)中所得银纳米颗粒(AgNP)粉末分散于950μL放入异丙醇溶液中，再加入50μL的Nafion溶液，超声2h得到均匀分散的墨汁状溶液。给1x1.5cm2大小的导电碳纸贴上绝缘胶带，以保证只留出负载面积为1x1cm2的一面，取100μL的墨汁溶液缓慢的滴覆在该1x1cm2面上，以确保负载量为0.7mg/cm2，碳纸剩余0.5cm余量便于电极夹的固定，室温下晾干作为电极材料，使用三电极体系，在电化学工作站上测定其二氧化碳还原电催化性能。该催化材料的线性扫描伏安曲线(LSV)、产物一氧化碳的法拉第效率(FECO)图、产物一氧化碳的分电流(jCO)图、电化学比表面积(ECSA)测试和Tafel曲线图请分别参阅图17、图18、图19、图20和图21。
应当理解，以上仅是本发明众多具体应用范例中的实施例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或是等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (8)
1.MXene负载Ag-ZnO电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）ZnSe纳米带的制备
将0.4 mmol的Se粉末溶解在20 mL的N2H4 H2O中，搅拌0.5 h，以形成0.02 M的棕色a溶液；将0.2 mmol的ZnCl2粉末分散到20 mL去离子水中，搅拌0.5 h，得到0.01 M的b溶液；在匀速搅拌下，将a溶液缓慢滴加到b溶液中，搅拌1 h，得到c溶液；接着将c溶液转移到含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在180°C下进行水热反应12 h；之后，在6000转速下离心，用去离子水和乙醇分别洗涤三次并在相同转速下离心，所得产物在60°C下进行真空干燥24h；然后将制备的前体纳米带装入瓷舟中，在氩气气氛条件下，于400°C煅烧2 h，其中升温速率为5°C/min，首先在室温条件下通气0.5 h以保证氩气气氛饱和，然后开始加热升温至400°C后保温两小时；待煅烧完毕，将瓷舟中样品收集，得到ZnSe纳米带；
（2）硒化银纳米颗粒负载硒化锌纳米带Ag2Se-ZnSe的制备
将（1）所得的ZnSe纳米带0.1 mmol溶解在10 mL去离子水中，搅拌0.5 h，以形成0.01 M的d溶液；将0.1 mmol的AgNO3粉末溶解在10 mL的去离子水中，形成0.01 M的e溶液，在匀速搅拌下，将e溶液缓慢滴加到d溶液中，搅拌0.5 h，在此过程中Zn2+和Ag+之间发生阳离子交换反应；之后，在6000转速下离心，用去离子水和乙醇分别洗涤三次并在相同转速下离心，所得产物在60°C下进行真空干燥24 h；待真空干燥完毕，将样品收集，得到硒化银纳米颗粒负载硒化锌纳米带Ag2Se-ZnSe；
（3）银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带Ag-ZnO的制备
取（2）得到的Ag2Se-ZnSe样品装入瓷舟中，在空气气氛条件下，于500°C下煅烧2 h，其中升温速率为5°C/min，从室温升至500°C后保温两小时；待煅烧完毕，将瓷舟中样品收集，得到银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带Ag-ZnO；Ag-ZnO具有六方相的 ZnO 纳米带和具有立方相的 Ag 纳米域的结晶结构；
（4）将Ti3AlC2在氟化氢溶液中进行刻蚀36 h，并在去离子水中进行超声剥离12 h得到二维超薄MXene纳米片溶液；
（5）将上述银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带加入到上述MXene溶液中，并分别进行1h的搅拌和超声处理，干燥以后得到MXene负载Ag-ZnO电催化剂；将独特的Ag-ZnO异质结结构和与具有强界面电子耦合的MXene纳米片结合，得到MXene负载Ag-ZnO电催化剂，在该催化剂表面调节二氧化碳还原反应以高效合成一氧化碳。
2.根据权利要求1所述的MXene负载Ag-ZnO电催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述二维超薄MXene纳米片溶液为3 mg/mL。
3.根据权利要求1所述的MXene负载Ag-ZnO电催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述银纳米颗粒负载氧化锌多孔纳米带与MXene溶液，质量和体积比例为10 mg：10 mL。
4. MXene负载Ag-ZnO电催化剂，其特征在于：根据权利要求1到3任一项所述的制备方法所得。
5.根据权利要求4所述的MXene负载Ag-ZnO电催化剂的应用，其特征在于：所述的催化剂作为中性条件下电催化二氧化碳还原阴极催化剂。
6.根据权利要求4所述的MXene负载Ag-ZnO电催化剂的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将权利要求4所述的MXene负载Ag-ZnO电催化剂加入到含有乙醇和粘结剂的混合溶液中进行超声处理1h，得到催化剂油墨状液体；
（2）取油墨状液体缓慢滴加到经过处理的导电碳纸上，待室温干燥后形成工作电极；
（3）在H-型电解槽中采用三电极体系进行电化学实验测试，电解槽中加入KHCO3电解液；
（4）在不同恒电位极化测试条件下极化1h，每隔15 min取一定体积H-型电解槽中气体注射到气相色谱仪器中进行测试；
（5）结合气相色谱仪器得到的数据和电化学数据，对催化剂材料的电化学性能进行分析。
7.根据权利要求6所述的MXene负载Ag-ZnO电催化剂的测试方法，其特征在于：物料按照以下比例：
所述MXene负载Ag-ZnO电催化剂为7mg；
所述乙醇和粘结剂的混合溶液中乙醇和粘结剂的体积分别为950 μL和50 μL。
8.根据权利要求6所述的MXene负载Ag-ZnO电催化剂的测试方法，其特征在于：
所述电化学性能进行分析中，电化学性能包括二氧化碳转化为一氧化碳的法拉第效率FECO、一氧化碳分电流密度j CO；
其中法拉第效率所依据的参考公式为：FE=nxFxN / Qtotal；其中n代表CO和H2的在还原反应中属于两电子反应，F为法拉第常数，N为CO和H2转移的电子数，Qtotal为总电荷电子。
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