一种单原子负载的MBene/非晶氧化物异质结纳米材料的制备方法

本发明属于催化剂制备，具体涉及一种单原子负载的mbene/非晶氧化物异质结纳米材料的制备，并用于电解水制氢与降解有机污染物苯甲醇(ba)。

背景技术：

1、氢气作为一种新能源，具有清洁、燃烧热值高、可存储、廉价易得等优点，被公认为是最理想、最有潜力的替代化石燃料的能源之一。在制氢方法中，电解水制氢是目前公认的最佳方法，开发高效的析氢反应(her)催化剂是减少碳排放、实现社会可持续发展的理想策略。

2、最近发现的一类新的二维过渡金属硼化物(mbene)是由其母相层状三元过渡金属硼化物(mab)选择性蚀刻中间的a层所制备的材料，由于其具有优异的导电性，mbene引发了研究人员的广泛关注。然而目前对mbene材料的研究仍处于起步阶段，单独的mbene催化活性较低，无法满足目前工业化电解水产氢需求，因此迫切需要对mbene展开进一步改性处理。

3、构建异质界面策略和单原子负载策略均是目前提高催化剂催化活性的有效手段，异质界面的构建可以调节本征催化剂的电荷结构，加快反应过程中的电荷传输；单原子催化剂所具备的高原子利用率和独特的电子特性，使其在催化过程中表现出优异的催化性能。将异质界面构建和单原子负载引入mbene材料的体系中，对于进一步实现高效电解水制氢和有机污染物苯甲醇的降解具有深远的意义。

技术实现思路

1、本发明提供了一种单原子负载的mbene/非晶氧化物异质结纳米材料的制备方法，从而填补mbene改性方面的研究空白，该材料在作为高效电解水催化剂的同时，也可用于污染物苯甲醇的催化降解。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、(1)制备mbene前驱体：将6.5～8.5g的氢氧化钠超声溶解在去离子水中，在搅拌的状态下，向该溶液中缓慢加入500～1000mg的moalb粉末，密封搅拌，将前述全部溶液转移至反应釜内胆，将反应釜内胆外壳封装后转移至烘箱中，恒温反应24～30h后自然降温，将沉淀产物从反应釜中取出，随后经洗涤，干燥，得到粉末状的固体即为mbene前驱体；

4、(2)制备mbene/moo3异质结纳米材料：将步骤(1)得到的mbene前驱体置于烧杯中，向该烧杯中加入0.1～0.5mol/l的四丁基氢氧化铵水溶液，密封后水浴加热，期间保持搅拌，自然冷却至室温后，随后经洗涤，干燥，得到呈粉末状的固体，将该固体分散至无水乙醇中，手摇并超声，低速离心，收集上清液，对该上清液进行高速离心，收集沉淀产物，干燥，得到mbene/moo3异质结纳米材料；

5、(3)制备单原子负载的mbene/moo3异质结纳米材料：将步骤(2)得到的mbene/moo3异质结纳米材料置于烧杯中，向该烧杯中加入4～6mmol/l的金属盐水溶液，常温搅拌，随后经洗涤，干燥，得到呈粉末状的固体，再将该固体加热，得到单原子负载的mbene/moo3异质结纳米材料。

6、优选的，所述的步骤(1)中，所述氢氧化钠的用量为6.5～8.5g、优选为6.7～8.3g、更优选为7～8g；所述去离子水的体积为20～30ml；且所述moalb粉末的用量为500～1000mg、优选为600～900mg、更优选为700～800mg；所述密封搅拌的时间为3～5min。

7、优选的，所述的步骤(1)中，所述反应釜内胆的体积为50或100ml；所述恒温反应的温度为150～200℃，且恒温反应的时间为24～30h、优选为25～29h、更优选为26～28h。

8、优选的，所述的步骤(1)中，所述的洗涤使用去离子水和无水乙醇进行，洗涤次数为4～6次；所述的干燥在真空烘箱中进行，且所述干燥的温度为40～60℃，时间为11～13h。

9、优选的，所述的步骤(2)中，所述四丁基氢氧化铵水溶液的浓度为0.1～0.5mol/l、优选为0.15～0.45mol/l、更优选为0.2～0.4mol/l，所述四丁基氢氧化铵水溶液的用量为10～20ml；所述水浴加热的温度为35～45℃，所述水浴加热的时长为4～6h。

10、优选的，所述的步骤(2)中，所述的洗涤使用去离子水和无水乙醇进行，洗涤次数为4～6次；所述无水乙醇的用量为15～20ml，所述超声的时间为20～50min；所述低速离心的转速为2000～4000rpm，所述高速离心的转速为8000～10000rpm。

11、优选的，所述的步骤(2)中，所述的干燥均在真空烘箱中进行，所述干燥的温度均选为40～60℃，时间均为11～13h。

12、优选的，在所述步骤(3)中，所述的金属盐是以下物质中一种的水溶液：六水合氯铂酸、无水氯化钌、无水氯化铱、无水氯化铑、无水氯化钯，金属盐水溶液的浓度为4～6mmol/l、优选为4.4～5.6mmol/l、更优选为4.6～5.4mmol/l，且用量为300～500μl；所述常温搅拌的时间为10～16h。

13、优选的，在所述步骤(3)中，所述的洗涤使用去离子水和无水乙醇进行，洗涤次数为4～6次；所述的干燥在真空烘箱中进行，所述干燥的温度选为40～60℃，时间为11～13h；并且所述的加热在焦耳热机中进行，且所述加热的温度为500～700℃，升高至该加热温度的时间为0.5～0.7s。

14、本发明提供了上述单原子负载的mbene/非晶氧化物异质结纳米材料的制备方法，所述的单原子负载的mbene/非晶氧化物异质结纳米材料中，mbene为mo2alb2，非晶氧化物为moo3，单原子为pt、ru、ir、rh、pd中的任一种。

15、本发明提供了上述单原子负载的mbene/非晶氧化物异质结纳米材料作为催化剂在电解水制氢和苯甲醇降解中的应用。

16、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的优点及有益效果是：

17、1、本发明提供的单原子负载的mbene/非晶氧化物异质结纳米材料的层间距离大，并伴有不规则的孔洞存在，使其电化学活性比表面积增大，降低了电荷转移电阻，有利于增强电解水过程中的析氢性能。

18、2、在本发明提供的单原子负载的mbene/非晶氧化物异质结纳米材料中，mo2alb2与moo3之间形成的异质界面可以引发界面处的电子重构，有利于增加高活性催化位点数量，加速催化反应动力学。

19、3、本发明提供了一种单原子负载的mbene/非晶氧化物异质结纳米材料的制备方法，利用焦耳热机的电加热方式，产生热冲击波，在小于1s的时间内对材料进行加热，有助于将贵金属纳米粒子分散成高稳定状态的单原子，极大地提高了金属原子的利用效率。

20、4、本发明提供了一种单原子负载的mbene/非晶氧化物异质结纳米材料的制备方法，该方法具有制备简单、工艺重复性好、产品质量稳定等优点。

21、5、本发明提供了一种单原子负载的mbene/非晶氧化物异质结纳米材料的制备方法，在电解水反应中，向电解液中加入污染物苯甲醇，有助于降低反应的过电位，同时也可以达到降解有机物的目的，一举两得，具有广阔的应用前景。