[发明专利]一种氧化锌-MXene复合热释电催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种氧化锌‑MXene复合热释电催化剂的制备方法及其应用，涉及到热释电催化技术领域，利用盐酸刻蚀MAX相前驱体得到MXene材料，以乙酸锌作为锌盐，六亚甲基四胺作为碱源，通过水热法原位制得氧化锌‑MXene复合材料，该复合材料具有热释电性能、优良的光热转化效率和较高的载流子迁移率，能够吸收环境中的红外辐射并在材料内部产生温度波动，引发热释电效应，在其表面产生载流子，从而驱动氮气还原成氨氮，与现有技术相比，该方法能够利用环境中的红外辐射驱动固氮反应，为工业固氮提供了温和的新方法，可以充分利用环境中的易被忽视的红外能进行固氮，而不需要其他能量的补充，且操作简单，成本低，重复性好，适合大规模工业化生产。

技术领域

本发明中涉及热释电催化技术领域，特别涉及一种氧化锌-MXene复合热释电催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

目前环境污染与能源危机严重，针对这一严峻形式，人们开展了很多技术来解决这些问题，如光催化、电催化、热催化等。其中光催化是可以使光能转化为化学能的技术，但是光催化有两个缺陷：一个是它依赖太阳能，需要在光照下才能进行催化；另外，光能的利用率不高，全光谱中紫外光的利用率只能达到4-6％，且大量红外光不能得到应用。

近年来，电催化、热催化也被开发用于应对环境能源危机，但是它们需要额外提供电能、高温等苛刻条件，因此需要一种氧化锌-MXene复合热释电催化剂的制备方法及其应用。

发明内容

本申请的目的在于提供一种氧化锌-MXene复合热释电催化剂的制备方法及其应用，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：一种氧化锌-MXene复合热释电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、利用酸刻蚀MAX相前驱体得到MXene材料；

S2、按摩尔比1:1～1:3称取锌盐和碱源，将锌盐和碱源溶于去离子水中，加入一定比例的MXene材料，常温超声20min得到混合均匀的水溶液；

S3、将水溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中进行水热反应，得到样品；

S4、反应结束后，用去离子水洗涤样品，70℃真空干燥12h，最后在200℃空气中煅烧2h得到氧化锌-MXene复合材料。

优选地，S1中，所述酸为盐酸；S2中，所述锌盐为乙酸锌，所述碱源为六亚甲基四胺。

优选地，S1中，所述酸刻蚀时间为24-48h，刻蚀温度为40-70℃。

优选地，所述MXene材料的形貌为0.5*0.5μm的不规则片层结构。

优选地，S2中，将锌盐和碱源溶于去离子水中后，加入的MXene材料的含量为5％-30％。

优选地，S3中，所述水热反应的反应温度为70-100℃，反应时间为6～13h。

优选地，所述氧化锌-MXene复合材料的长度为0.5～4μm，直径为100-200nm。

一种氧化锌-MXene复合热释电催化剂的应用，催化剂在红外辐射驱动下将氮气还原成氨氮。

优选地，所述催化剂的浓度为0.5～1.5mg/mL，红外辐射的波长范围为0.76-5μm，峰值波长1μm。

综上，本发明的技术效果和优点：

1、本发明中，氧化锌-MXene复合热释电催化材料的制备工艺简单，原料来源广泛，制备安全，成本低廉，有利于大规模生产应用。

2、本发明中，氧化锌与MXene的复合，能有效提升材料光热转化效率，诱导载流子的分离，显著提升热释电催化效率。