[发明专利]一种自支撑的二维过渡金属/金属氧化物混相纳米片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二维纳米材料的制备方法。

背景技术

自支撑的二维纳米材料具有优异的物理和化学性能，在很多领域有广泛的应用。例如，二维的石墨烯具有大的比表面积、快速的电子传输速率，已广泛用于制备电子器件；粒子组成的二维金属硫化物保持了零维纳米单元的量子特性，具有高的能量/电子储存比容；剥离的二维水滑石暴露出更多的活性位点，表现出优异的电化学催化和光电催化性能。目前自支撑的二维纳米材料多采用剥离法、基底辅助的物理(化学)沉积法和基底辅助的晶体生长法制备。然而，剥离法只适用于具有层状结构的材料，而基底辅助法均需经过繁琐的去基底过程才能获得自支撑的二维纳米片，从而制约了二维纳米片层材料的制备及应用。

过渡金属存在多种价态，使其氧化物在催化、电子、磁学等领域均有很好的应用前景。由于过渡金属氧化物不具有层状结构，而且有很强的三维生长趋势，很难通过剥离法和基底辅助法获得自支撑的二维过渡金属氧化物纳米片，因而目前已报道的过渡金属氧化物多为有表面活性剂保护的纳米粒子。另外一方面，过渡金属氧化物多为半导体材料，较差导电性也影响其电化学性能。因此，寻求简单且高效的自支撑的二维过渡金属/金属氧化物混相纳米片的制备方法仍是目前亟待解决的重要问题。

发明内容

本发明目的是为了解决现有制备自支撑的二维过渡金属/金属氧化物混相纳米片的方法，存在工艺复杂、反应条件苛刻以及过渡金属氧化物导电性差的问题，而提供一种自支撑的二维过渡金属/金属氧化物混相纳米片的制备方法。

本发明自支撑的二维过渡金属/金属氧化物混相纳米片的制备方法按以下步骤实现：

一、将过渡金属无机盐与水混合配制成摩尔浓度为0.025～0.1mol/L的无机盐水溶液，在25℃、搅拌条件下依次加入有机胺和醇，使过渡金属无机盐与有机胺的摩尔比为1：3～15，水与醇的体积比为1：1～3，继续搅拌均匀得到含有金属离子的有机胺配合物的浑浊液；

二、将步骤一所得的含有金属离子的有机胺配合物的浑浊液转移至高压反应釜中，在120～200℃下溶剂热反应6～24h，冷却至25℃，然后将反应物进行分离、洗涤后置于烘箱中干燥，得到过渡金属/金属氧化物纳米片的前驱体；

三、在惰性气体保护下，将步骤二所得过渡金属/金属氧化物纳米片的前驱体放置于管式炉中，以1～5℃/min的升温速度，升温至300～600℃焙烧1～4h，冷却至室温，即得到二维过渡金属/金属氧化物混相纳米片；

其中步骤一中所述的过渡金属无机盐为硝酸镍、硫酸镍、氯化镍、醋酸镍、硝酸钴、硫酸钴、氯化钴或醋酸钴；所述的有机胺为十二胺、十四胺、十六胺或十八胺；所述的醇为乙二醇、异丙醇或乙醇。

与现有方法相比本发明自支撑的二维过渡金属/金属氧化物混相纳米片的制备方法包含以下优点：

1.本发明的制备方法是将所有原料混合均匀，采用简单的溶剂热法制备过渡金属/金属氧化物纳米片的前驱体，在惰性气氛下低温焙烧得到自支撑的二维过渡金属/金属氧化物混相纳米片，制备工艺简单，避免了繁琐的去除模板过程，重现性好、可操作性、成本低，产率高，易于实现商业化。

2.本发明是在水和醇的混合体系下使有机胺与过渡金属离子配位，在溶剂热反应过程中利用有机胺长链的限域诱导组装、溶剂溶解度调变的共同作用下形成纳米片前驱体；惰性气氛下低温焙过程中，有机胺不仅抑制了纳米的团聚，又避免了金属片层的深度氧化，从而得到形貌均匀的自支撑的二维过渡金属/金属氧化物混相纳米片。结构上的优势使得自支撑的二维过渡金属/金属氧化物混相纳米片具有良好的导电性，在电化学催化领域中具有潜在的应用价值。

3.本发明的制备方法可拓展到其它自支撑的二维金属/金属氧化物混相纳米片的制备。

附图说明

图1是实施例1中制备的二维Ni/NiO混相纳米片的扫描电子显微镜(SEM)图；

图2是实施例1中制备的二维Ni/NiO混相纳米片的透射电子显微镜(TEM)图；

图3是实施例1中制备的二维Ni/NiO混相纳米片的X射线衍射图谱(XRD)，其中★代表NiO，◆代表Ni，1—Ni/NiO，2—NiO；

图4是实施例1中制备的二维Ni/NiO混相纳米片在外加磁场2T，温度为300K下测定的磁滞回形曲线(M-H)；

图5是实施例1中制备的二维Ni/NiO混相纳米片在0.1mol/L铁氰化钾/亚铁氰化钾溶液(摩尔比为1:1)的电化学阻抗曲线(EIS)图，其中■代表Ni/NiO，●代表NiO；