[發明專利]負載型金屬氧化物納米材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811517340.6
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109621931A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 陸陽;許棕;晏浩
• 申請（專利權）人: 北京高壓科學研究中心
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B82Y30/00;B82Y40/00;C01G23/053;C01G33/00;C01G49/06;C03C17/23
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 江磊

1.一種制備負載型金屬氧化物納米材料的方法，所述負載型金屬氧化物納米材料包括基材和位于該基材上的金屬氧化物的納米材料，所述基材包含導電玻璃、導電陶瓷、或者它們的混合物；所述金屬氧化物包括以下金屬元素的氧化物：鈦、鋅、鐵、釩、鉬、鎢、錳、鈮、錸；

所述方法包括如下步驟：

(1)預處理步驟，在該步驟中在所述基材的至少一個表面上形成金屬氧化物種子層；

(2)水熱合成步驟，在該步驟中，步驟(1)獲得的具有種子層的基材與水熱反應原料一起經歷水熱條件的處理，從而在所述種子層上生長與種子層中的金屬氧化物相同種類的金屬氧化物，所述水熱反應原料包含金屬源；

(3)后處理步驟，在該步驟中，對經歷過水熱合成步驟、表面上生長了金屬氧化物的基材進行熱處理，得到負載型金屬氧化物納米材料。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于：在所述預處理步驟(1)中，通過以下技術在基材的至少一個表面上形成金屬氧化物種子層：原子層沉積、物理氣相沉積、化學氣相沉積、化學液相沉積、電沉積。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于：在所述預處理步驟(1)中，在基材的一個表面上形成金屬氧化物種子層，而在基材的其他表面上形成密封材料層，所述密封材料對所述水熱反應步驟(2)呈現出穩定性和惰性。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于：在所述水熱合成步驟(2)中，所述金屬源選自：金屬氧化物、金屬氯化物、金屬氫氧化物、金屬硫酸鹽、金屬硝酸鹽、金屬氰酸鹽、式M-(O-R)_n表示的金屬醇鹽，其中，金屬氧化物、金屬氯化物、金屬硫酸鹽、金屬氰酸鹽中的金屬以及M表示選自下組的金屬：鈦、鋅、鐵、釩、鉬、鎢、錳、鈮、錸，R表示經取代或未取代的、直鏈或支鏈的具有1至6個碳原子的烷基，n表示整數1至6，取決于金屬的價態；金屬源特別優選是鈦酸四丁酯、四異丙醇鈦、鈦酸四乙酯、鐵氰化鉀、氯化鈮、或其混合物。

5.如權利要求1所述的方法，其特征在于：在所述水熱合成步驟(2)中，所述水熱反應原料任選包含晶面誘導劑，所述晶面誘導劑選自氫氟酸、乙酸鉀、乙酸鈉、鹽酸、硫酸、硝酸、氯化鈉、硫酸鈉、氯化鉀、硫酸鉀、或其混合物，該晶面誘導劑與金屬源的摩爾比是10:1至2:1，優選6:1至2:1；

所述水熱反應原料任選包含氧化劑，所述氧化劑選自氯酸鹽、高氯酸鹽、過氧化氫、高錳酸鹽，該氧化劑與金屬源的摩爾比是10:1至1:1，優選6:1至2:1；

所述水熱反應原料中還任選包含不同于晶面誘導劑的酸，所述酸選自硫酸、鹽酸、硝酸、檸檬酸、醋酸、乙酸、丙二酸或其混合物，該酸與金屬源的摩爾比是1:1至200:1，優選1:1至100:1。

6.如權利要求1所述的方法，其特征在于：在所述水熱合成步驟(2)中，水熱反應的反應溫度為100-300℃，優選150-200℃，反應時間為0.5-100小時，優選2-80小時，更優選5-50小時。

7.如權利要求1所述的方法，其特征在于：在所述后處理步驟(3)中，首先對經歷過水熱合成步驟、表面上生長了金屬氧化物的基材進行洗滌，然后進行熱處理，所述熱處理在400至800℃的溫度下持續0.5至3小時。

8.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述金屬氧化物的納米材料選自：納米片、納米線、納米顆粒、納米管、以及它們的組合；所述納米材料是定向生長的或者是非定向生長的；

優選地，所述納米材料是定向生長的納米片，其某一個晶面(例如{001}面)的暴露比為80-100％。

9.一種負載型金屬氧化物納米材料，通過權利要求1～8中的任意一項所述的方法制得。

10.如權利要求9所述的負載型金屬氧化物納米材料的用途，所述用途包括：鈣鈦礦太陽電池、量子點敏化太陽電池、染料敏化太陽電池、光催化裝置、光電催化裝置、光電傳感器。