[發(fā)明專利]一種在柔性材料邊界自識(shí)別構(gòu)筑高密度粒子的納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310362510.2
• 申請(qǐng)日: 2023-04-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116536682A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 焦吉慶;姬周茹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B3/26
• 分類號(hào): C25B3/26;C25B3/07;C25B11/065;C25B11/075;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 薛建強(qiáng)

本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在柔性材料邊界自識(shí)別構(gòu)筑高密度粒子的納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。一種納米復(fù)合材料，包括二維碳層和在二維碳層邊界側(cè)面生長(zhǎng)的金屬納米顆粒。納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將尿素、溶劑、金屬鹽溶液、表面活性劑混合，反應(yīng)，制得金屬納米片和二維碳基體組成的前驅(qū)體；(2)將步驟(1)所得的前驅(qū)體熱解，制得納米復(fù)合材料。本發(fā)明通過(guò)將二維碳層作為碳基體，在二維碳層邊界側(cè)面生長(zhǎng)納米顆粒，碳基底不僅具有導(dǎo)電性能，而且可以防止納米顆粒的聚集，并且金屬納米顆粒具有大量活性位點(diǎn)，形成豐富的穩(wěn)定低配位點(diǎn)，使得納米復(fù)合材料具有良好的電催化活性和穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在柔性材料邊界自識(shí)別構(gòu)筑高密度粒子的納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

二維材料具有片狀形態(tài)，具有從數(shù)百納米到幾十微米甚至更大的橫向尺寸，但厚度為單個(gè)或少數(shù)原子層。由于其獨(dú)特的性能，二維材料越來(lái)越引起人們的關(guān)注，在電子、光電子、催化、儲(chǔ)能、太陽(yáng)能電池、生物醫(yī)學(xué)、傳感器、環(huán)境等領(lǐng)域均出現(xiàn)了相關(guān)的研究。

低維柔性的二維碳納米材料由于其良好的機(jī)械、電子、光學(xué)和熱學(xué)性能，在環(huán)境、能源、電子和醫(yī)療保健等領(lǐng)域中具有重要作用；另外，碳基材料由于發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)、大的比表面積、高的熱/電化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，在電化學(xué)還原CO₂技術(shù)領(lǐng)域展現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿?。有相關(guān)研究利用原位生長(zhǎng)，模板合成，自組裝等技術(shù)從其孤立的單元結(jié)構(gòu)中構(gòu)建塊狀碳納米材料，但當(dāng)組裝成塊狀材料時(shí)，獨(dú)特的納米級(jí)性能通常會(huì)消失或受到比較大的影響，從而不能很好地滿足電化學(xué)還原性能需求。

目前，雖然有關(guān)于Pb、In、Sn、和Hg金屬基催化劑在電催化還原CO₂制甲酸中的應(yīng)用的相關(guān)研究，但是，這些催化劑存在生成甲酸時(shí)的法拉第效率較低、電催化活性較差、穩(wěn)定性差、成本高、有毒性等缺點(diǎn)。

因此，亟需提供一種在柔性材料邊界自識(shí)別構(gòu)筑高密度粒子的納米復(fù)合材料，該納米復(fù)合材料具有豐富的活性位點(diǎn)，電催化活性強(qiáng)、穩(wěn)定性高，將其作為催化劑應(yīng)用于電催化還原CO₂生產(chǎn)甲酸時(shí)，具有較高的法拉第效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)問(wèn)題，至少提供一種有益的選擇或創(chuàng)造條件。本發(fā)明提供一種在柔性材料邊界自識(shí)別構(gòu)筑高密度粒子的納米復(fù)合材料，該納米復(fù)合材料具有豐富的活性位點(diǎn)，電催化活性強(qiáng)、穩(wěn)定性高，將其作為催化劑應(yīng)用于電催化還原CO₂生產(chǎn)甲酸時(shí)，具有較高的法拉第效率。

本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思：本發(fā)明通過(guò)將二維碳層作為碳基體，在二維碳層邊界側(cè)面生長(zhǎng)金屬納米顆粒，碳基底不僅具有導(dǎo)電性能，而且可以防止金屬納米顆粒的聚集，使得金屬納米顆?？梢院芎玫胤稚⒃诙S碳層邊界側(cè)面；同時(shí)，因金屬納米顆粒表面具有大量的活性位點(diǎn)，可形成豐富的穩(wěn)定低配位點(diǎn)，使得納米復(fù)合材料具有良好的電催化活性和穩(wěn)定性；另外，在高溫?zé)峤膺^(guò)程中，由于金屬與非金屬元素之間具有優(yōu)良的特異性相互作用，二維碳層邊緣界面為金屬納米顆粒的形成提供許多成核位點(diǎn)，同時(shí)為金屬納米顆粒提供一定的錨定和保護(hù)作用，使得金屬納米顆粒和二維碳層之間具有較強(qiáng)的作用力，可以防止金屬納米顆粒脫落，可提高納米復(fù)合材料的穩(wěn)定性。

因此，本發(fā)明的第一方面提供一種在柔性材料邊界自識(shí)別構(gòu)筑高密度粒子的納米復(fù)合材料。

具體的，一種在柔性材料邊界自識(shí)別構(gòu)筑高密度粒子的納米復(fù)合材料，包括二維碳層和在所述二維碳層邊界側(cè)面生長(zhǎng)的金屬納米顆粒。

具體的，由于金屬納米顆粒沒(méi)有暴露出與二維碳層在上下方向的表面匹配的晶格條紋間距，所以金屬納米顆粒不易在二維碳層的上下表面生長(zhǎng)，而二維碳層邊界側(cè)面晶面復(fù)雜，出現(xiàn)部分與金屬納米顆粒相近的晶格間距，金屬納米顆粒易在二維碳層的邊界側(cè)面生長(zhǎng)。

優(yōu)選的，所述金屬納米顆粒選自鉍納米顆粒、鈰納米顆粒、錫納米顆粒、銅納米顆粒中的至少一種。