一種MXene基單原子催化劑的合成方法與應(yīng)用 技術(shù)領(lǐng)域 [0001] 本發(fā)明屬于電催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種MXene基單原子催化劑的合成方法與應(yīng)用。 背景技術(shù) [0002] 在當(dāng)今的材料科學(xué)與催化技術(shù)領(lǐng)域，MXene作為一種新型的二維材料，憑借其獨(dú)特的二維層狀結(jié)構(gòu)、出色的導(dǎo)電性、鋯比表面積、良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及豐富的表面官能團(tuán)等特性，在諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力，被視作推動(dòng)能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵材料之一。 [0003] 與此同時(shí)，單原子催化劑（Single?atom?catalysts,?SACs）因其具有理論上100%的原子利用率、獨(dú)特且明確的活性位點(diǎn)結(jié)構(gòu)、可調(diào)控的電子性質(zhì)等優(yōu)勢(shì)，極大地提高了金屬原子的利用效率，減少了貴金屬等資源的浪費(fèi)，降低了催化劑的成本。單原子催化劑獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其在眾多催化反應(yīng)表現(xiàn)出卓越的催化活性、選擇性和穩(wěn)定性，為實(shí)現(xiàn)高效、綠色的催化過(guò)程提供了新的思路與途徑，在化工合成、環(huán)境保護(hù)、清潔能源開發(fā)等重要領(lǐng)域都有著不可忽視的應(yīng)用前景。因此，制備高效且可控的單原子催化劑成為了催化研究領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。 [0004] 然而，當(dāng)前MXene基單原子催化劑的合成體系普遍面臨多重技術(shù)瓶頸：其合成路徑多依賴多步驟異質(zhì)集成策略，涉及二維MXene基底的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)調(diào)控、表面官能團(tuán)修飾以及金屬單原子錨定的復(fù)雜協(xié)同過(guò)程。傳統(tǒng)制備范式通?；诜植胶铣衫砟睢紫韧ㄟ^(guò)酸蝕刻/插層剝離法構(gòu)筑少層MXene載體，繼而采用物理浸漬、濕化學(xué)沉積或高溫?zé)峤獾群筇幚硎侄螌?shí)現(xiàn)金屬單原子的負(fù)載。這種離散式工藝存在三方面核心缺陷：（1）界面工程層面，MXene表面終端（?O/?OH/?F）的動(dòng)態(tài)重構(gòu)與金屬前驅(qū)體的配位競(jìng)爭(zhēng)顯著削弱了活性位點(diǎn)的錨定效率，導(dǎo)致金屬原子的不可控聚集及活性位點(diǎn)密度不均；（2）過(guò)程控制層面，多步驟操作中溶劑環(huán)境、熱力學(xué)條件與動(dòng)力學(xué)過(guò)程的次優(yōu)耦合易引發(fā)MXene結(jié)構(gòu)氧化/堆疊缺陷，同時(shí)金屬?載體電子相互作用難以精準(zhǔn)調(diào)控；（3）技術(shù)經(jīng)濟(jì)層面，高純度MXene制備所需的無(wú)氧操作環(huán)境、貴金屬單原子前驅(qū)體的低利用率（通常<5%）以及批次穩(wěn)定性不足等問(wèn)題，共同推高了材料制造成本。要實(shí)現(xiàn)MXene基單原子催化劑的大規(guī)模制備與推廣，亟需發(fā)展原位自組裝等新型集成化合成策略。 [0005] 因此，迫切需要開發(fā)一種全新的、簡(jiǎn)便高效且具有廣泛普適性的MXene基單原子催化劑合成方法，能夠在合成MXene的過(guò)程中一步實(shí)現(xiàn)單原子催化劑的原位構(gòu)建，有效克服現(xiàn)有技術(shù)的諸多缺陷，從而為MXene基單原子催化劑在更多領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 發(fā)明內(nèi)容 [0006] 本發(fā)明旨在解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種MXene基單原子催化劑的合成方法，該方法解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的合成方法復(fù)雜、操作繁瑣、催化劑性能不穩(wěn)定等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、高效地合成MXene基單原子催化劑，且制備得到的MXene基單原子催化劑性能優(yōu)異。 [0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案為： [0008] 一種MXene基單原子催化劑的合成方法，包括以下步驟： [0009] （1）稱取LiF溶解到HCl溶液中，并在持續(xù)攪拌下加入金屬單原子前驅(qū)體溶液，得到混合液； [0010] （2）在冰浴條件下，再向混合液中加入MAX相陶瓷材料，轉(zhuǎn)至水浴環(huán)境中，持續(xù)攪拌 6?24h； [0011] （3）采用去離子水離心洗滌，直至溶液pH值至6?7后，按料液比為1:50?100?g/mL將洗滌后的沉淀物分散在去離子水中，在冰浴和惰性氣氛中超聲處理0.5?4?h； [0012] （4）將超聲處理后的溶液離心分離，將上層溶液冷凍干燥，即可獲得MXene基單原子催化劑。 [0013] 本發(fā)明方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的合成方法復(fù)雜、操作繁瑣、催化劑性能不穩(wěn)定等問(wèn)題，通過(guò)本發(fā)明方法，可以高效、簡(jiǎn)便地合成出具有優(yōu)異催化性能的MXene基單原子催化劑，并在電催化轉(zhuǎn)化的應(yīng)用中，具有潛力。本發(fā)明方法創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了在MAX相陶瓷材料合成MXene的過(guò)程中同步合成單原子催化劑，區(qū)別于傳統(tǒng)分步合成方法，極大簡(jiǎn)化了合成工藝，減少了合成步驟與時(shí)間成本，有效避免了分步合成過(guò)程中可能引入的雜質(zhì)以及因多步操作導(dǎo)致的單原子分散度和負(fù)載量難以精確控制的問(wèn)題。重要的是，本發(fā)明的合成方法具有普適性，適用于多種金屬單原子前驅(qū)體，通過(guò)選擇不同的金屬前驅(qū)體，可以合成不同MXene基金屬單原子催化劑，可以針對(duì)不同催化需求進(jìn)行靈活調(diào)整，具備較強(qiáng)的通用性。 [0014] 優(yōu)選地，本發(fā)明所述步驟（1）中，HCl溶液濃度為6?14?mol/L，LiF濃度為每毫升HCl溶液含LiF?0.06?0.12?g，其中LiF的濃度過(guò)高或者過(guò)低均會(huì)影響MXene的合成效果，不能獲得單層/少層MXene。