[發明專利]一種多孔金屬氧化物納米片及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811573637.4
• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN111348676B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 申仲榮;李耀挺;陳先金;張明
• 申請（專利權）人: 廈門稀土材料研究所
• 主分類號: C01G3/02
• 分類號: C01G3/02;C01G23/047;B82Y30/00
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 聶稻波

本發明提供了一種多孔二維金屬氧化物納米片的制備方法，通過對摻雜的金屬氧化物納米片進行去摻雜處理來實現造孔目的，獲得孔徑可調控以及金屬氧化物種類多樣的新型的二維功能材料。所述制備方法首先將第一金屬氧化物、堿金屬鹽、第二金屬氧化物混合，通過固相燒結制備層狀復合材料；然后將此層狀復合材料先后經質子化、剝離，得到摻雜的金屬氧化物納米片；再將得到的所述摻雜的金屬氧化物納米片進行去摻雜處理來實現造孔，得到所述多孔二維金屬氧化物納米片。其為一種全新的制備超薄二維多孔納米材料的途徑，所制備的多孔二維金屬氧化物納米片孔徑以及孔隙率可以調控，且可以進一步制備成粉末，也可以再分散在溶液中。

技術領域

本發明屬于納米材料技術領域，具體涉及一種多孔狀金屬氧化物納米片及其制備方法和應用。

背景技術

Takayoshi Sasaki以及合作團隊報道了多種二維金屬氧化物的制備方法，包括單一金屬氧化物以及多元金屬氧化物通過固熱燒結反應制備層狀材料，然后利用質子交換以及在含有表面活性劑的溶液中長時間震蕩剝離制備二維材料。然而Sasaki團隊極少對此二維納米材料進行后處理制備多孔或者篩孔二維材料。其中有報道的是其曾經使用高溫燒結法將二維TiO₂納米片材料部分燒結收縮成孔，但是通過高溫燒結孔徑控制困難，其只得到了多孔的聚集態結構，納米片層變厚甚至坍塌，且形成的片層構造不能再分散。

除固相燒結法之外，還有其他制備方法，比如使用氧化石墨烯模板法：通過與目標金屬氧化物前驅體混合水解后燒結，最后通過高溫氧氣中去除氧化石墨烯。根據燒結程度的不同，可以得到篩網狀二維材料。這種方法制備的多孔材料是由納米顆粒聚集而成，厚度較高，同時結合不夠緊密容易坍塌，而且孔徑也較大，達到數納米甚至十幾納米。

另外一種是自組裝法，通過制備超小尺寸的富含邊緣缺陷的二維片狀金屬氧化物顆粒，在連接劑的作用下于冷凍干燥過程中自組裝形成大尺寸的超薄的片狀材料。

還有一些沒有涉及到篩孔改性的二維材料的制備方法，比如水熱法；球磨法；利用混合液在反應器內快速流動并在彎道處形成連續的二次流動產生的剪切力對層狀原料進行剝離制備二維納米材料；液相反應制備二維金屬氧化物；以及氣泡靜電紡絲法制備二維超薄材料等等。

從以上背景可以看出，雖然二維金屬氧化物納米材料的研究報道已經很多，但是在二維篩孔/多孔納米材料的研究以及通過二維材料對其改性制備多孔材料上還處于初始階段。到目前改性/合成的多孔材料主要通過高溫燒結以及納米顆粒的聚集等方法制備，存在以下問題：(1)形貌控制困難；(2)二維材料厚度無法控制在原子層等級，材料利用率低下；(3)所制備的材料因厚度大，脆性高，成膜性差；(4)所制備的二維材料不能在溶液中再分散。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種多孔二維金屬氧化物納米片的制備方法，包括以下步驟：

(1)將第一金屬氧化物、堿金屬鹽、第二金屬氧化物混合，對所得混合物進行固相燒結得到層狀復合材料；

(2)將步驟(1)得到的所述層狀復合材料先后經質子化、剝離，得到摻雜的金屬氧化物納米片；

(3)對步驟(2)得到的所述摻雜的金屬氧化物納米片進行去摻雜處理來實現造孔，得到所述多孔二維金屬氧化物納米片。

任選地，將步驟(3)得到的所述多孔二維金屬氧化物納米片進行再分散得到所述多孔二維金屬氧化物納米片的溶液，或進行干燥得到所述多孔二維金屬氧化物納米片粉末。