[發明專利]暴露高指數面的氧化鐵十二面體納米晶體催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201910935771.2
• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN110639521B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 王聰慧;朱傳銘;黎俊;吳生燾;劉平樂;潘玉坤
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J35/10
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所(普通合伙) 43108
• 代理人: 冷玉萍

本發明公開了暴露高指數面的氧化鐵十二面體納米晶體催化劑的制備方法。本發明先合成氧化鐵類立方體，然后利用不同的酸作為化學刻飾劑，對前期合成的具有不同形貌的氧化鐵類立方體進行刻飾，對其形貌進行二次修飾，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、刻蝕時間等的不同，所得的納米顆粒形態也不相同。本發明將“自下而上”和“自上而下”兩種策略相結合，用于調控氧化鐵的形貌。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有利的方向控制晶體生長，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，且具有優異的電化學性能。

技術領域

本發明涉及納米催化劑的制備，特別涉及暴露高指數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

在無機材料中，赤鐵礦(α-Fe₂O₃)是一種重要的n型半導體材料，其特征在于豐富性，低成本，環境友好性，優異的化學穩定性和顯著的光吸收能力，其廣泛應用于氣體傳感器，鋰離子電池，太陽能水分解，光催化劑和廢水處理等領域。如何進一步提高氧化鐵納米材料的性能和利用效率是該領域的關鍵問題。納米催化劑的活性可通過調節其組成，尺寸，更重要的改變催化劑的形狀，即控制表面原子排列結構來實現(參見文獻：Nano Lett.,2004,4:1343-1348；CrystalComm.,2012,14:5107-5120)。

單晶模型催化劑的基礎研究指出，高指數面上含有高密度的臺階原子、扭結原子和表面懸掛鍵等結構而具有優于低指數面的性能(參見文獻：Nature,1975,258,580-583)。因此，制備主要暴露高指數面的納米晶體是制備高活性和穩定性的納米催化劑的重要途徑。例如，廈門大學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，其顯示出優異的氣敏性能(參見文獻：Angew.chem.,2009,121,9344-9347)。然而，暴露高指數面的納米晶體往往很難制備出來，這是由于高指數面往往具有高的表面能，導致其在晶體生長過程中具有快的生長速率而趨于消失。

高指數面的生長與其制備條件密切相關，因為高指數面的制備是熱力學不利的，所以高指數面的合成通常條件苛刻且難以放大。截止目前，國內外關于氧化鐵納米顆粒的晶面調控及其應用的研究已有較多報道，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諸報道。

制備暴露高指數面的納米晶體最常用的策略是通過配體在晶面的選擇性吸附改變其表面能，實現其生長速率的調變，從而得到暴露高指數面的納米晶體。然而截止目前，尚沒有可靠的方法可以指導選擇合適的配體用于高指數面的合成，導致高指數面的調控具有很大的偶然性。且有些配體離子難以完全除去，對其晶面活性產生干擾。

通過生長條件的控制實現對晶體生長動力學的調變，也可以實現選擇性的高能面，然而晶體的生長過程對條件敏感，任何晶體生長條件的改變均可能導致產物形貌的改變，這導致實驗室的合成往往很難放大生產。

發明內容

針對上述問題，本發明提供暴露高指數面的氧化鐵十二面體納米晶體催化劑的制備方法。

本發明的技術方案為：

暴露高指數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，將溶液轉移到反應器中，150～200℃反應18～30h，冷卻至室溫，倒出上清液，用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌2～5次，然后進行干燥，所得固體即為主要暴露{012}面的氧化鐵類立方體納米顆粒；