[發(fā)明專利]一種自支撐的二維過渡金屬/金屬氧化物混相納米片的制備方法

有效

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• 申請日: 2014-12-10
• 公開（公告）號(hào): CN104384527A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任志宇;孔令俊;吳君;杜世超;付宏剛
• 申請（專利權(quán)）人: 黑龍江大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F9/24
• 分類號(hào): B22F9/24;B82Y30/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 牟永林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種二維納米材料的制備方法。

背景技術(shù)

自支撐的二維納米材料具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，在很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。例如，二維的石墨烯具有大的比表面積、快速的電子傳輸速率，已廣泛用于制備電子器件；粒子組成的二維金屬硫化物保持了零維納米單元的量子特性，具有高的能量/電子儲(chǔ)存比容；剝離的二維水滑石暴露出更多的活性位點(diǎn)，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)催化和光電催化性能。目前自支撐的二維納米材料多采用剝離法、基底輔助的物理(化學(xué))沉積法和基底輔助的晶體生長法制備。然而，剝離法只適用于具有層狀結(jié)構(gòu)的材料，而基底輔助法均需經(jīng)過繁瑣的去基底過程才能獲得自支撐的二維納米片，從而制約了二維納米片層材料的制備及應(yīng)用。

過渡金屬存在多種價(jià)態(tài)，使其氧化物在催化、電子、磁學(xué)等領(lǐng)域均有很好的應(yīng)用前景。由于過渡金屬氧化物不具有層狀結(jié)構(gòu)，而且有很強(qiáng)的三維生長趨勢，很難通過剝離法和基底輔助法獲得自支撐的二維過渡金屬氧化物納米片，因而目前已報(bào)道的過渡金屬氧化物多為有表面活性劑保護(hù)的納米粒子。另外一方面，過渡金屬氧化物多為半導(dǎo)體材料，較差導(dǎo)電性也影響其電化學(xué)性能。因此，尋求簡單且高效的自支撐的二維過渡金屬/金屬氧化物混相納米片的制備方法仍是目前亟待解決的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有制備自支撐的二維過渡金屬/金屬氧化物混相納米片的方法，存在工藝復(fù)雜、反應(yīng)條件苛刻以及過渡金屬氧化物導(dǎo)電性差的問題，而提供一種自支撐的二維過渡金屬/金屬氧化物混相納米片的制備方法。

本發(fā)明自支撐的二維過渡金屬/金屬氧化物混相納米片的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)：

一、將過渡金屬無機(jī)鹽與水混合配制成摩爾濃度為0.025～0.1mol/L的無機(jī)鹽水溶液，在25℃、攪拌條件下依次加入有機(jī)胺和醇，使過渡金屬無機(jī)鹽與有機(jī)胺的摩爾比為1：3～15，水與醇的體積比為1：1～3，繼續(xù)攪拌均勻得到含有金屬離子的有機(jī)胺配合物的渾濁液；

二、將步驟一所得的含有金屬離子的有機(jī)胺配合物的渾濁液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中，在120～200℃下溶劑熱反應(yīng)6～24h，冷卻至25℃，然后將反應(yīng)物進(jìn)行分離、洗滌后置于烘箱中干燥，得到過渡金屬/金屬氧化物納米片的前驅(qū)體；

三、在惰性氣體保護(hù)下，將步驟二所得過渡金屬/金屬氧化物納米片的前驅(qū)體放置于管式爐中，以1～5℃/min的升溫速度，升溫至300～600℃焙燒1～4h，冷卻至室溫，即得到二維過渡金屬/金屬氧化物混相納米片；

其中步驟一中所述的過渡金屬無機(jī)鹽為硝酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳、硝酸鈷、硫酸鈷、氯化鈷或醋酸鈷；所述的有機(jī)胺為十二胺、十四胺、十六胺或十八胺；所述的醇為乙二醇、異丙醇或乙醇。

與現(xiàn)有方法相比本發(fā)明自支撐的二維過渡金屬/金屬氧化物混相納米片的制備方法包含以下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明的制備方法是將所有原料混合均勻，采用簡單的溶劑熱法制備過渡金屬/金屬氧化物納米片的前驅(qū)體，在惰性氣氛下低溫焙燒得到自支撐的二維過渡金屬/金屬氧化物混相納米片，制備工藝簡單，避免了繁瑣的去除模板過程，重現(xiàn)性好、可操作性、成本低，產(chǎn)率高，易于實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

2.本發(fā)明是在水和醇的混合體系下使有機(jī)胺與過渡金屬離子配位，在溶劑熱反應(yīng)過程中利用有機(jī)胺長鏈的限域誘導(dǎo)組裝、溶劑溶解度調(diào)變的共同作用下形成納米片前驅(qū)體；惰性氣氛下低溫焙過程中，有機(jī)胺不僅抑制了納米的團(tuán)聚，又避免了金屬片層的深度氧化，從而得到形貌均勻的自支撐的二維過渡金屬/金屬氧化物混相納米片。結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢使得自支撐的二維過渡金屬/金屬氧化物混相納米片具有良好的導(dǎo)電性，在電化學(xué)催化領(lǐng)域中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

3.本發(fā)明的制備方法可拓展到其它自支撐的二維金屬/金屬氧化物混相納米片的制備。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1中制備的二維Ni/NiO混相納米片的掃描電子顯微鏡(SEM)圖；

圖2是實(shí)施例1中制備的二維Ni/NiO混相納米片的透射電子顯微鏡(TEM)圖；

圖3是實(shí)施例1中制備的二維Ni/NiO混相納米片的X射線衍射圖譜(XRD)，其中★代表NiO，◆代表Ni，1—Ni/NiO，2—NiO；

圖4是實(shí)施例1中制備的二維Ni/NiO混相納米片在外加磁場2T，溫度為300K下測定的磁滯回形曲線(M-H)；

圖5是實(shí)施例1中制備的二維Ni/NiO混相納米片在0.1mol/L鐵氰化鉀/亞鐵氰化鉀溶液(摩爾比為1:1)的電化學(xué)阻抗曲線(EIS)圖，其中■代表Ni/NiO，●代表NiO；