CN113718281A - 一种石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料及其制备方法和应用，属于包含碳化合物的催化剂技术领域。该制备方法以氟化锂和盐酸刻蚀碳铝钛制备得到MXene材料，再将其超声分散在乙二醇溶液中得到MXene纳米片分散液；向所述MXene纳米片分散液中加入氧化石墨烯量子点，得到的混合溶液经水热反应、透析水洗、冷冻干燥后得到石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料。将所述石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料用作析氢催化剂，具有优异的催化性能和稳定性。

Description

一种石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料及其制备方法 和应用
技术领域
本发明属于包含碳化合物的催化剂技术领域，具体涉及一种石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
在新一轮能源变革中，氢能以其来源丰富、能量密度高、清洁无污染、可再生、用途广泛等优势，成为世界各国开发新能源技术的首选。电解水是一种十分具有潜力的制氢技术，然而电解水过程中所涉及到的阴极还原析氢反应(HER)需要较高的过电势，在很大程度上限制了氢气的生产效率。为了降低水分解的过电势并提高反应速率，开发、利用高性能的HER电极催化剂是一条行之有效的途径，这也成为了电解水制氢技术能否商业化应用的关键所在。迄今为止，贵金属(如Pt、Ir、Ru等)被认为是最为有效的HER催化剂，然而它们的高成本和稀缺性限制了其在实际生产中的大规模使用。因此开发具有高催化活性且成本低廉的电催化剂是当前电解水制氢领域最大的挑战。
二维过渡金属碳/氮化物(MXene)作为二维材料家族中的一员，不仅天然具备类似于石墨烯的超大比表面积及超薄纳米片层结构，而且还具有其它一系列额外的结构优点，包括优异的金属导电性、丰富的表面官能团、较好的亲水性以及良好的电化学稳定性等。与传统纳米碳材料相比，MXene的表面化学性质更为活跃，能够提供更为丰富的催化活性位点；与只有边缘点催化活性的过渡金属二硫化物(TMDs)相比，MXene可以在更广阔的表面区域进行催化，表现出更高的催化效率。此外，在与其他催化材料复合时，MXene的表面基团可作为锚定位点，确保MXene与复合物之间的稳定结合。有鉴于此，MXene有望成为下一代非贵金属析氢催化剂的候选材料。
另一方面，石墨烯量子点是一种准零维的纳米材料，具有优异的量子限域效应和边缘效应，且不会发生石墨烯层与层之间因较强分子间作用力而产生的堆积和聚集现象。尤其是石墨烯量子点不仅兼具了石墨烯的结构和性质，如较大的比表面积和良好的化学稳定性等，而且其独特的准零维结构赋予了其丰富的边缘缺陷位置，可为电催化反应提供大量的活性位点。此外，石墨烯量子点表面大量的羧基官能团不仅能够使其水溶性变得更好，并且可以使得石墨烯量子点很方便地与其它载体材料进行耦合或杂化，从而进一步提高材料的电催化性能。
考虑到石墨烯量子点具有大量的活性边缘位点和丰富的缺陷结构，如果将其与典型的MXene材料(Ti3C2Tx)纳米片相结合，有望在很大程度上提高催化剂材料的电催化性能。目前为止，在电催化领域中，以MXene材料及其复合物或者石墨烯量子点作为析氢催化剂的研究工作已经取得了一些进展。然而，有关石墨烯量子点/MXene复合物作为电催化剂的研究尚处于起步阶段，特别是石墨烯量子点/MXene二维复合催化剂的合成及其作为析氢催化剂的应用研究尚未有过报道。
CN111744519A中公开了一种三维MXene基载体的析氢催化剂的制备方法，以MXene材料和碳材料制备出MXene-碳材料三维复合载体，再负载催化活性颗粒，经过还原、水洗、干燥等步骤得到三维MXene基载体的析氢催化剂。其中催化活性颗粒为H2PtCl6·6H2O、PdCl2、Na2PdCl4、K2PdCl6、NiCl2、CoCl2、CuCl2、ZnCl2中的任一种。即该析氢催化剂中起主要催化作用的并不是MXene-碳材料复合材料。
发明内容
本发明为了解决贵金属析氢催化剂的高成本和稀缺性的问题，提供了一种石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料及其制备方法，并将该二维复合材料作为析氢催化剂使用取得了较好的效果。该方法以MXene纳米片为模板，在其表面沉积石墨烯量子点，制备出的二维复合材料作为电极催化剂具有高催化活性以及良好稳定性等优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料，由3～10％石墨烯量子点和90～97％MXene纳米片按质量百分比组成。
所述石墨烯量子点/MXene二维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、用氟化锂和盐酸刻蚀碳铝钛并经超声处理、离心水洗获得MXene材料，将所述MXene材料分散于水中，超声剥离，冷冻干燥得到MXene纳米片，将所述MXene纳米片超声分散在乙二醇溶液中，得到MXene纳米片分散液；
S2、向步骤S1所述MXene纳米片分散液中加入氧化石墨烯量子点溶液，搅拌混合均匀，得到氧化石墨烯量子点/MXene纳米片二元复合物溶液，所述氧化石墨烯量子点溶液的添加量使石墨烯量子点的质量占石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料质量的3～10％，所述MXene纳米片分散液中MXene纳米片的质量占石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料质量的90～97％；
S3、将步骤S2所述二元复合物溶液进行水热反应，然后将反应后得到的水溶液透析水洗，冷冻干燥，即得到石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料。
本发明以MXene纳米片作为载体材料，以石墨烯量子点作为修饰材料制备了石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料。首先通过化学刻蚀法制备MXene材料，利用超声剥离MXene材料得到单层或少层MXene纳米片；再将单层或少层MXene纳米片分散于乙二醇溶液中，接着加入氧化石墨烯量子点，通过乙二醇将氧化石墨烯量子点还原为石墨烯量子点；最后采用水热反应使得MXene纳米片与石墨烯量子点相结合，随着温度的升高，越来越多的石墨烯量子点负载在MXene纳米片上形成稳定的二维结构。
采用“自下而上”的溶剂热反应法将石墨烯量子点与MXene纳米片一起自组装成二维稳定结构，MXene纳米片宽阔的表面区域不仅可以方便石墨烯量子点的分散，而且其表面基团可为石墨烯量子点的沉积提供丰富的生长位点，MXene纳米片与石墨烯量子点的高导电率以及丰富缺陷结构使得复合物具有快速的离子转移能力和高效的电化学活性表面，有利于获得更好的电化学性质。
与常规的氧化石墨烯(或石墨烯)/MXene复合材料相比，本发明所选用的零维石墨烯量子点组分具有更为丰富的边界缺陷结构，因此催化活性位点的数量更多，十分有助于提高材料的整体电催化性能。
优选的，步骤S1中所述乙二醇溶液为乙二醇与水按体积比1:1配制而成；
优选的，步骤S2中所述氧化石墨烯量子点溶液的浓度为1mg/mL；
优选的，步骤S2中所述氧化石墨烯量子点溶液的添加量使石墨烯量子点的质量占石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料质量的5％，所述MXene纳米片分散液中MXene纳米片的质量占所述石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料质量的95％。
优选的，步骤S3中所述水热反应的条件为：90～120℃下反应8～12h。
优选的，步骤S3中透析水洗时间为3～5d，冷冻干燥的压力≤200Pa。
优选的，步骤S2中搅拌混合均匀的条件为：在10～30℃下搅拌1～2h。
优选的，步骤S1中刻蚀的反应条件为：在25～40℃下反应36～44h；所述盐酸的浓度为8～10mol/L；所述氟化锂、所述盐酸中氯化氢、所述碳铝钛的质量比为1:6.6:2。
优选的，步骤S1中离心水洗的条件为：离心转速为4500～7000rpm，水洗直至上清液pH值为6～7。
优选的，步骤S1中超声剥离的条件为：超声剥离时间为1～1.5h，超声的同时不断通入氩气，并在超声结束后经6000～8000rpm转速离心筛选，取离心上清液冷冻干燥，得单层或少层MXene纳米片。
优选的，步骤S1中所述MXene纳米片分散液的浓度为5～10g/L。
优选的，步骤S1中超声分散的条件为：在10～30℃下超声1～4h。
本发明中将采用上述任一项所述的技术方案制备的石墨烯量子点/MXene二维复合材料用作析氢催化剂，具有优异的催化性能和酸性条件下的耐久性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明提供的石墨烯量子点/MXene二维复合材料的制备方法，制备出的析氢催化剂具有高催化活性、良好稳定性以及好的循环性等优点。
2.本发明提供的制备方法简单可控、重复性好、成本低，利于进行大规模工业生产。
附图说明
图1为本发明制备石墨烯量子点/MXene二维复合材料的流程示意图；
图2为本发明实施例2制备的石墨烯量子点/MXene二维复合材料的拉曼光谱图；
图3A为本发明实施例2制备的石墨烯量子点/MXene二维复合材料的场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)照片；
图3B为图3A放大2倍的图；
图4A为本发明实施例2制备的石墨烯量子点/MXene二维复合材料的透射电子显微镜(TEM)照片；
图4B为图4A放大4倍的图；
图5为本发明实施例1～3和对比例1～2制备的石墨烯量子点/MXene二维复合材料(GQDS/MXene)、对比例3制备的石墨烯/MXene二维复合材料、对比例4制备的氧化石墨烯量子点/MXene二维复合材料、对比例5的氧化石墨烯量子点(GOQDS)、对比例6制备的MXene(Ti3C2Tx)材料作为析氢催化剂在0.5mol/L H2SO4溶液中的线性扫描伏安曲线；
图6为本发明实施例1～3和对比例1～2制备的石墨烯量子点/MXene二维复合材料(GQDS/MXene)、对比例3制备的石墨烯/MXene二维复合材料、对比例4制备的氧化石墨烯量子点/MXene二维复合材料、对比例5的氧化石墨烯量子点(GOQDS)、对比例6制备的Mxene(Ti3C2Tx)材料作为析氢催化剂在0.5mol/L H2SO4溶液中的Tafel图；
图7为本发明实施例2制备的石墨烯量子点/MXene二维复合材料(GQDS/MXene)的计时电位测试曲线；
图8为本发明实施例2制备的石墨烯量子点/MXene二维复合材料(GQDS/MXene)的循环测试曲线。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。本领域技术人员依据以下实施方式所作的任何等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
实施例1
本实施例提供了一种石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料，由3％的石墨烯量子点和97％的MXene纳米片按质量百分比组成。
如图1所示，本实施例中石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料的制备方法如下：
S1、制备MXene纳米片分散液：25℃下，利用1g氟化锂和22.5mL 8mol/L盐酸对2g碳铝钛进行刻蚀，刻蚀反应时间为44h；然后在4500rpm条件下离心水洗，直至上清液pH值为7；将得到的多层MXene材料加入40mL蒸馏水中，超声剥离1h，超声的同时不断通入氩气保护，超声结束后在7000rpm转速下离心筛选，沉淀在-42℃、200Pa条件下冷冻干燥；将得到的单层或少层MXene纳米片溶解于80mL体积分数为50％的乙二醇溶液中，在10℃下超声分散4h，得到浓度为6g/L的MXene纳米片分散液；
S2、向步骤S1所述MXene纳米片分散液中加入19mL 1mg/mL的氧化石墨烯量子点溶液，在20℃下搅拌1h，混合均匀，得到氧化石墨烯量子点/MXene纳米片二元复合物溶液；
S3、将步骤S2所述二元复合物溶液置于90℃温度下水热反应12h，得到石墨烯量子点/MXene纳米片二元复合物溶液，然后使用孔径大小为0.45μm的透析膜透析水洗4d，在压力≤200Pa的条件下冷冻干燥，即得到石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料。
实施例2
本实施例提供了一种石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料，由5％的石墨烯量子点和95％的MXene纳米片按质量百分比组成。
如图1所示，本实施例中石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料的制备方法如下：
S1、制备MXene纳米片分散液：25℃下，利用1g氟化锂和20mL 9mol/L盐酸对2g碳铝钛进行刻蚀，刻蚀反应时间为36h；然后在6000rpm条件下离心水洗，直至上清液pH值为6；将得到的多层MXene材料加入40mL蒸馏水中，超声剥离1h，超声的同时不断通入氩气保护，超声结束后在8000rpm转速下离心筛选，沉淀在-42℃、200Pa条件下冷冻干燥；将得到的单层或少层MXene纳米片溶解于80mL体积分数为50％的乙二醇溶液中，在20℃下超声分散3h，得到浓度为5g/L的MXene纳米片分散液；
S2、向步骤S1所述MXene纳米片分散液中加入26mL 1mg/mL的氧化石墨烯量子点溶液，在10℃下搅拌2h，混合均匀，得到氧化石墨烯量子点/MXene纳米片二元复合物溶液；
S3、将步骤S2所述二元复合物溶液置于100℃温度下水热反应10h，得到石墨烯量子点/Mxene纳米片二元复合物溶液，然后使用孔径大小为0.45μm的透析膜透析水洗3d，在压力≤200Pa的条件下冷冻干燥，即得到石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料。
图2为本实施例制备的石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料的拉曼光谱图，从图中可以清楚地看到MXene纳米片和石墨烯量子点的特征峰，证实了石墨烯量子点和MXene纳米片同时存在于产物中，石墨烯量子点成功负载于MXene纳米片上。
图3A为本实施例制备的石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料的场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)照片，从图中可以看到MXene纳米片具有明显的二维层状结构，能为微小的石墨烯量子点提供大量的结合位点；图3B为图3A放大2倍的图，从图中可以清晰地看出石墨烯量子点成功负载于MXene纳米片上且覆盖的十分均匀。
图4A为本实施例制备的石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料的透射电镜图，进一步证明了石墨烯量子点在MXene纳米片上分散良好，没有明显的团聚现象；图4B为图4A放大4倍的图，从图中可以清楚地看出石墨烯量子点晶格条纹。
图2到图4B的测试结果说明，本发明制备的石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料具有非常大的比表面积，石墨烯量子点均匀分布与MXene纳米片基面上。
实施例3
本实施例提供了一种石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料，由10％的石墨烯量子点和90％的MXene纳米片按质量百分比组成。
如图1所示，本实施例中石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料的制备方法如下：
S1、制备MXene纳米片分散液：25℃下，利用1g氟化锂和18mL 10mol/L盐酸对2g碳铝钛进行刻蚀，刻蚀反应时间为38h；然后在7000rpm条件下离心水洗，直至上清液pH值为7；将得到的多层MXene材料加入40mL蒸馏水中，超声剥离1.5h，超声的同时不断通入氩气保护，超声结束后在6000rpm转速下离心筛选，沉淀在-42℃、200Pa条件下冷冻干燥；将得到的单层或少层MXene纳米片溶解于80mL体积分数为50％的乙二醇溶液中，在30℃下超声分散1h，得到浓度为10g/L的MXene纳米片分散液；
S2、向步骤S1所述MXene分散液中加入111mL 1mg/mL的氧化石墨烯量子点溶液，在30℃下搅拌0.5h，混合均匀，得到氧化石墨烯量子点/Mxene纳米片二元复合物溶液；
S3、将步骤S2所述二元复合物溶液置于120℃温度下水热反应8h，得到石墨烯量子点/MXene纳米片二元复合物溶液，然后使用孔径大小为0.45μm的透析膜透析水洗5d，在压力≤200Pa的条件下冷冻干燥，即得到石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料。
对比例1
本对比例提供了一种石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料，由1％的石墨烯量子点和99％的MXene纳米片按质量百分比组成。
本对比例中石墨烯量子点/Mxene纳米片二维复合材料的制备方法与实施例2基本相同，不同之处在于：向步骤S1所述MXene纳米片分散液中加入5mL 1mg/mL的氧化石墨烯量子点溶液，在10℃下搅拌2h，混合均匀，得到氧化石墨烯量子点/MXene纳米片二元复合物溶液。
对比例2
本对比例提供了一种石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料，由12％的石墨烯量子点和88％的MXene纳米片按质量百分比组成。
本对比例中石墨烯量子点/MXene二维复合材料的制备方法与实施例2基本相同，不同之处在于：向步骤S1所述MXene纳米片分散液中加入69mL 1mg/mL的氧化石墨烯量子点溶液，在10℃下搅拌2h，混合均匀，得到氧化石墨烯量子点/MXene纳米片二元复合物溶液。
对比例3
本对比例中制备的是石墨烯/MXene纳米片二维复合材料，制备方法与实施例2基本相同，不同之处在于：步骤S2中加入的为氧化石墨烯纳米片。
对比例4
本对比例制备的是氧化石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料，制备方法与实施例2基本相同，不同之处在于：步骤S1中将得到的单层或少层MXene纳米片溶解于80mL水中，在20℃下超声分散3h，得到浓度为5g/L的MXene纳米片分散液。
对比例5
本对比例为纯的氧化石墨烯量子点，采购自江苏先丰纳米材料科技有限公司。
对比例6
本对比例制备的是单层或少层MXene纳米片，制备方法与实施例2中步骤S1中制备单层或少层MXene纳米片的方法相同：
25℃下，利用1g氟化锂和20mL 9mol/L盐酸对2g碳铝钛进行刻蚀，刻蚀反应时间为36h；然后在6000rpm条件下离心水洗，直至上清液pH值为6；将得到的多层MXene材料加入40mL蒸馏水中，超声剥离1h，超声的同时不断通入氩气保护，超声结束后在8000rpm转速下离心筛选，沉淀在-42℃、200Pa条件下冷冻干燥，得到单层或少层MXene纳米片。
应用例
1、作为析氢催化剂的催化活性
将实施例1～3和对比例1～2制备的石墨烯量子点/MXene二维复合材料、对比例3制备的石墨烯/MXene二维复合材料、对比例4制备的氧化石墨烯量子点/MXene二维复合材料、对比例5的氧化石墨烯量子点、对比例6的MXene纳米片用作析氢反应催化剂，并测试它们的催化活性。测试条件如下：
电化学测试均在CHI760E电化学工作站上进行，测试***为常规的三电极体系，其中碳棒为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，涂覆了活性物质、直径为3mm的玻碳电极作为工作电极。
工作电极的制备流程为：称取2mg催化剂粉末分散于0.5mL去离子水、0.5mL乙醇和0.05mL Nafion(全氟磺酸隔膜)的混合溶液中，超声30min。分别取5μL施例1～3制备的石墨烯量子点/MXene二维复合材料的分散液滴加在玻碳电极的表面，常温干燥0.5小时后进行测试。
催化剂的析氢反应催化活性通过线性扫描伏安法(LSV)评估，电解液是0.5mol/LH2SO4溶液，扫描速率均20mV.s-1。恒定电位下，采用计时电位法评价催化剂的稳定性及2000次循环的长期循环试验测试催化剂的耐受性。通过电化学交流阻抗测试研究催化剂的导电性，频率范围为到1×105～0.02Hz，振幅为10mV。
图5为本发明实施例1～3和对比例1～2制备的石墨烯量子点/MXene二维复合材料(GQDS/MXene)、对比例3制备的石墨烯/MXene二维复合材料、对比例4制备的氧化石墨烯量子点/MXene二维复合材料、对比例5的氧化石墨烯量子点、对比例6的MXene纳米片作为析氢催化剂在0.5mol/L H2SO4溶液中的线性扫描伏安曲线。从图中可以看出，石墨烯量子点负载量为5％的催化剂的起始过电位最低，且阴极电流在更大的负电位下迅速上升，与其他石墨烯量子点负载量不同的催化剂相比，实施例2制备的催化剂的电流上升趋势更为显著，表明其具有更优异的HER催化活性。与此形成鲜明对比的还有对比例5的氧化石墨烯量子点以及对比例6制备的MXene纳米片作为催化剂，过电位变化幅度很小，他们的催化活性相对来说非常有限，这应归因于他们的活性位点不足。对比例1～2制备的石墨烯量子点/MXene二维复合材料作为析氢催化剂时，虽然过电位变化幅度大于对比例5～6中单一材料作为催化剂时过电位变化幅度，但是却没有实施例1～3的变化幅度大。对比例3制备的石墨烯/MXene纳米片二维复合材料和对比例4制备的氧化石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料作作为析氢催化剂时，过电位均比实施例2中更高，析氢催化性能均明显不如实施例2。
为了进一步验证各个实施例和对比例的材料作为析氢催化剂时的催化活性，图6中计算出了对应的Tafel斜率，从图中可以看出，石墨烯量子点/MXene二维复合材料作为催化剂比单一氧化石墨烯量子点或MXene纳米片作为催化剂时，Tafel斜率都要更小，说明石墨烯量子点/MXene二维复合材料具有更高的催化活性。从实施例1～3和对比例1～2的数据可以看出，随着石墨烯量子点含量的增多，复合催化剂的催化性能逐渐提升，当石墨烯量子点的负载量达到5％时，HER活性最高，而当其负载量继续增加到10％时，催化剂的催化活性却降低了，这可能是由于石墨烯量子点过多而发生了堆叠、聚集现象。当石墨烯量子点的负载量为1％(低于3％)时，可能是由于活性位点过少，其催化活性与单一的MXene材料相比，增强的不明显，同样地当石墨烯量子点的负载量为12％(超过10％时)，由于过多的聚集，其催化活性与未添加石墨烯量子点的MXene材料相差无几。对比例3中用石墨烯纳米片代替石墨烯量子点与MXene纳米片组成复合材料，Tafel斜率明显比实施例2中大，也说明其析氢催化性能没有实施例2中好，这可能是因为石墨烯纳米片更容易发生堆叠和团聚导致的。对比例4中用氧化石墨烯量子点代替石墨烯量子点与MXene纳米片组成复合材料，Tafel斜率也比实施例2中大，同样也说明其析氢催化性能比实施例2中差，这是因为氧化石墨烯量子点的导电性和活性不如石墨烯量子点。因此，只有按照本发明中使用石墨烯量子点和MXene纳米片组成二维复合材料，且二者的组成配比在本发明限定的范围内时，才具备优异的析氢催化性能。
2、作为析氢催化剂的电化学稳定性
采用计时电位法测试实施例2制备的石墨烯量子点/MXene二维复合材料作为析氢催化剂时的电化学稳定性。如图7所示，在10000s的测试时间内，石墨烯量子点/MXene二维复合材料作为催化剂一直保持着12mA·cm-2的电流密度，说明其具有良好的催化稳定性。如图8所示，能清楚地观察到2000次循环测试结束后，LSV曲线几乎保持不变，表明石墨烯量子点/MXene二维复合材料在酸性条件下的长期电化学催化过程中具有优异的耐久性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。对于任何熟悉本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。任何依据本发明申请保护范围及说明书内容所作的简单的等效变化和修饰，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料，其特征在于，由3～10％石墨烯量子点和90～97％MXene纳米片按质量百分比组成。
2.权利要求1所述的石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、用氟化锂和盐酸刻蚀碳铝钛并经超声处理、离心水洗获得MXene材料，将所述MXene材料分散于水中，超声剥离，冷冻干燥得到MXene纳米片，将所述MXene纳米片超声分散在乙二醇溶液中，得到MXene纳米片分散液；
S2、向步骤S1所述MXene纳米片分散液中加入氧化石墨烯量子点溶液，搅拌混合均匀，得到氧化石墨烯量子点/MXene纳米片二元复合物溶液，所述氧化石墨烯量子点溶液的添加量使石墨烯量子点的质量占所述石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料质量的3～10％；
S3、将步骤S2所述二元复合物溶液进行水热反应，然后将反应后得到的水溶液透析水洗，冷冻干燥，即得到石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料。
3.根据权利要求2所述的石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述氧化石墨烯量子点溶液的添加量使石墨烯量子点的质量占所述石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料质量的5％。
4.根据权利要求2所述的石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述水热反应的条件为：90～120℃下反应8～12h。
5.根据权利要求2所述的石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中透析水洗时间为3～5d，冷冻干燥的压力≤200Pa。
6.根据权利要求2所述的石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中刻蚀的反应条件为：在25～40℃下反应36～44h；所述盐酸的浓度为8～10mol/L；所述氟化锂、所述盐酸中氯化氢、所述碳铝钛的质量比为1:6.6:2。
7.根据权利要求2所述的石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中离心水洗的条件为：离心转速为4500～7000rpm，水洗直至上清液pH值为6～7。
8.根据权利要求2所述的石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中超声剥离的条件为：超声剥离时间为1～1.5h，超声的同时不断通入氩气；并在超声结束后经6000～8000rpm转速离心筛选，取离心上清液冷冻干燥，得单层或少层MXene纳米片。
9.根据权利要求2所述的石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述MXene纳米片分散液的浓度为5～10g/L。
10.权利要求2～9任一项所述的制备方法制备的石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料的应用，其特征在于，将所述石墨烯量子点/MXene纳米片二维复合材料作为析氢催化剂。
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