[發(fā)明專利]暴露高指數(shù)面的氧化鐵十二面體納米晶體催化劑的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910935771.2
• 申請(qǐng)日: 2019-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110639521B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王聰慧;朱傳銘;黎俊;吳生燾;劉平樂(lè);潘玉坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/745
• 分類號(hào): B01J23/745;B01J35/10
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務(wù)所(普通合伙) 43108
• 代理人: 冷玉萍

本發(fā)明公開(kāi)了暴露高指數(shù)面的氧化鐵十二面體納米晶體催化劑的制備方法。本發(fā)明先合成氧化鐵類立方體，然后利用不同的酸作為化學(xué)刻飾劑，對(duì)前期合成的具有不同形貌的氧化鐵類立方體進(jìn)行刻飾，對(duì)其形貌進(jìn)行二次修飾，將{1010}面這種極為特殊的晶面引入這些納米顆粒。由于母晶的形貌、尺寸、刻蝕時(shí)間等的不同，所得的納米顆粒形態(tài)也不相同。本發(fā)明將“自下而上”和“自上而下”兩種策略相結(jié)合，用于調(diào)控氧化鐵的形貌。這兩種策略均是合成中常用策略，基于這兩種策略中熱力學(xué)有利的方向控制晶體生長(zhǎng)，得到了主要暴露{1010}面的氧化鐵納米晶體，得到的納米晶體形貌均一，且具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米催化劑的制備，特別涉及暴露高指數(shù)面的氧化鐵十二面體納米晶體催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

在無(wú)機(jī)材料中，赤鐵礦(α-Fe₂O₃)是一種重要的n型半導(dǎo)體材料，其特征在于豐富性，低成本，環(huán)境友好性，優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和顯著的光吸收能力，其廣泛應(yīng)用于氣體傳感器，鋰離子電池，太陽(yáng)能水分解，光催化劑和廢水處理等領(lǐng)域。如何進(jìn)一步提高氧化鐵納米材料的性能和利用效率是該領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題。納米催化劑的活性可通過(guò)調(diào)節(jié)其組成，尺寸，更重要的改變催化劑的形狀，即控制表面原子排列結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)(參見(jiàn)文獻(xiàn)：Nano Lett.,2004,4:1343-1348；CrystalComm.,2012,14:5107-5120)。

單晶模型催化劑的基礎(chǔ)研究指出，高指數(shù)面上含有高密度的臺(tái)階原子、扭結(jié)原子和表面懸掛鍵等結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)于低指數(shù)面的性能(參見(jiàn)文獻(xiàn)：Nature,1975,258,580-583)。因此，制備主要暴露高指數(shù)面的納米晶體是制備高活性和穩(wěn)定性的納米催化劑的重要途徑。例如，廈門(mén)大學(xué)等課題組利用水熱法合成了主要暴露{221}高能面的SnO₂八面體，其顯示出優(yōu)異的氣敏性能(參見(jiàn)文獻(xiàn)：Angew.chem.,2009,121,9344-9347)。然而，暴露高指數(shù)面的納米晶體往往很難制備出來(lái)，這是由于高指數(shù)面往往具有高的表面能，導(dǎo)致其在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中具有快的生長(zhǎng)速率而趨于消失。

高指數(shù)面的生長(zhǎng)與其制備條件密切相關(guān)，因?yàn)楦咧笖?shù)面的制備是熱力學(xué)不利的，所以高指數(shù)面的合成通常條件苛刻且難以放大。截止目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于氧化鐵納米顆粒的晶面調(diào)控及其應(yīng)用的研究已有較多報(bào)道，例如，主要暴露{012}的類立方體，主要暴露{104}面的菱面體，主要暴露{001}面的六角片，主要暴露{113}的雙錐十二面體等氧化鐵多面體先后見(jiàn)諸報(bào)道。

制備暴露高指數(shù)面的納米晶體最常用的策略是通過(guò)配體在晶面的選擇性吸附改變其表面能，實(shí)現(xiàn)其生長(zhǎng)速率的調(diào)變，從而得到暴露高指數(shù)面的納米晶體。然而截止目前，尚沒(méi)有可靠的方法可以指導(dǎo)選擇合適的配體用于高指數(shù)面的合成，導(dǎo)致高指數(shù)面的調(diào)控具有很大的偶然性。且有些配體離子難以完全除去，對(duì)其晶面活性產(chǎn)生干擾。

通過(guò)生長(zhǎng)條件的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的調(diào)變，也可以實(shí)現(xiàn)選擇性的高能面，然而晶體的生長(zhǎng)過(guò)程對(duì)條件敏感，任何晶體生長(zhǎng)條件的改變均可能導(dǎo)致產(chǎn)物形貌的改變，這導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室的合成往往很難放大生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供暴露高指數(shù)面的氧化鐵十二面體納米晶體催化劑的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

暴露高指數(shù)面的氧化鐵十二面體納米晶體催化劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)氧化鐵類立方體的合成，按硝酸鐵與乙酸銨的物質(zhì)的量之比為0.02～0.20，將鐵鹽與銨鹽溶解于蒸餾水中，在超聲波處理8～30分鐘后，將溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)器中，150～200℃反應(yīng)18～30h，冷卻至室溫，倒出上清液，用蒸餾水和無(wú)水乙醇分別洗滌2～5次，然后進(jìn)行干燥，所得固體即為主要暴露{012}面的氧化鐵類立方體納米顆粒；