[发明专利]层状氢氧化锌、氧化锌纳米锥的制备及剥离方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及了层状氢氧化锌、氧化锌纳米锥的制备和剥离方法。

背景技术

众所周知，层状纳米材料作为无机非金属功能纳米材料的重要组成部分，其主体一般是由两种金属元素及层间离子通过相互作用堆积而成的二维纳米结构材料，其中，板层内部的原子是通过共价键或氢键相互结合，层间是通过弱的范德华力或静电作用与主板层相连接。因此又称为双金属层状氢氧化物，简称(LDHs)，其化学组成通式为：M_1-x²⁺N_x³⁺(OH)₂A_x/n^n-·mH₂O。在20世纪末，研究人员发现，即使在没有三价金属元素存在的情况下，依然能够形成具有类水滑石结构的层状材料，其化学组成通常为：M(OH)_2-xA_x/n^n-·mH₂O，称为α相的层状氢氧化物。这些具有类水滑石结构的层状材料是一类新型无机功能材料，因其具有丰富的层间离子交换和可剥离特性，在光学、电催化领域具有广阔的应用前景。结合材料本身和结构特点，近年来已发展了多种合成层状氢氧化物的方法，同时也制备出不同形貌特征的层状纳米粒子。Yusuke Yamauchi等人将利用高分子聚合物作为导向剂合成的前驱体并通过不同温度的煅烧得到了层状Ni(OH)₂纳米花(Chem.Commum.,2012,48,9150-9152)。S.Jin等人报道了采用高温高压的连续热液反应成功制备了Co-Ni层状氢氧化物(Nano.Lett.,2015,15,1421-1427)。X.H.Liu等人采用微波加热法成功制备了层状氢氧化钴纳米锥(Adv.Mater.,2012,24,2148-2153)。然而，目前合成层状氢氧化物的方法仍较为复杂，耗能较多，层状氢氧化锌纳米材料的合成与剥离研究甚少。因此，开发一种操作简单、节能环保的层状纳米材料的制备方法是材料制备领域的一项重要任务。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种操作简单、节能环保和工艺流程可控的层状氢氧化锌和氧化锌纳米锥的合成和剥离方法。

一种层状氢氧化锌、纳米锥的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将金属锌盐、碱源，和/或阴离子表面活性剂在以纯水为反应溶剂的体系中混合；

步骤2：将步骤1的混匀液水浴加热反应得到层状氢氧化锌或氧化锌。

步骤1中所述的金属锌盐为氯化锌或硝酸锌，碱源为六亚甲基四胺、尿素、氨水或氢氧化钠；阴离子型表面活性剂为十二烷基硫酸钠。

步骤1所述的金属锌盐与阴离子表面活性剂的摩尔比为1:0.8～2.5，碱源与阴离子表面活性剂的摩尔比为：8.75:1～3.125，碱源的摩尔数与纯水的体积比为1mmol:15-20mL。

步骤1所述的金属锌盐与阴离子表面活性剂的摩尔比优选为1:2.5，碱源与阴离子表面活性剂的摩尔比优选为8.75:3.125，碱源的摩尔数与纯水的体积比优选为1mmol:17mL。

步骤2中水浴加热温度80～95℃，反应时间4～8小时。进一步优选升温至95℃下反应8h。

多孔氧化锌纳米锥的制备方法，取上述的制备方法制备得到的层状氢氧化锌纳米锥转入瓷舟中，高温煅烧生成多孔ZnO纳米锥。高温煅烧是缓慢升温至700～1000℃，保温0.5～4h。优选缓慢升温速率为1℃/min，升温至800℃并保温0.5～4h。进一步优选升温至800℃并保温2h。

本发明制备得到的层状氢氧化锌纳米锥的剥离方法：将上述方法制备得到的层状氢氧化锌纳米锥转入盛有甲酰胺与纯水(两者体积比1:4)混合的三口烧瓶中，油浴加热到80～90℃反应2～12h。进一步优选在温度80℃下剥离8h得到单层氢氧化锌纳米片。

本发明与现在技术相比，具体有以下优点及突出性效果：

1、采用水浴作为反应过程，可以更有效的控制反应过程，节省能源，并可以很好的扩大反应体系，提高产量。

2、采用合适温度的水浴作为反应条件，良好的控制表面活性剂的用量以及碱源的选择，可以得到不同形貌的层状氢氧化锌纳米片、纳米带、纳米锥，以及氧化锌纳米棒、纳米颗粒等，见本发明实施例。

3、本发明采用常用金属锌盐作为原料，以纯水作为反应溶剂；加入的阴离子表面活性剂在层状氢氧化锌纳米锥的形成过程中不仅作为层间插层离子，同时起着表面活性剂的作用。