[发明专利]一种氧化物纳米片及其制备方法和复合型催化剂

说明书

本发明属于催化剂载体技术领域。本发明提供的氧化物纳米片，化学组成为R_xO_y，其中x为1～4且y为1～6，所述R为Si元素或金属元素；所述氧化物纳米片为二维层状结构；所述氧化物纳米片的厚度为2.0～15.0nm；所述氧化物纳米片横截面的长度为0.1～10μm。以本发明所述氧化物纳米片为载体制备得到的复合型催化剂，其催化活性和选择性均有明显提升。

技术领域

本发明属于催化剂载体技术领域，特别涉及一种氧化物纳米片及其制备方法和复合型催化剂。

背景技术

自从石墨烯在2004年首次被报道以来，它已经是这十几年来最受关注的明星材料[Nat.Mater.2007,6,183–191]。石墨烯的巨大成功也催生了类石墨烯二维材料的快速发展，如六方氮化硼(h-BN)、氮化碳(C₃N₄)、过渡金属二硫化物(MoS₂,WS₂)、层状金属氧化物、硅烯、锗烯和硼烯等[Nature 2005,438,197–200]。与体相材料相比，类石墨烯二维材料具有独特的电、光和机械特性，已经广泛应用于高速光电器械、能量存储和产生、杂化材料以及催化等领域[ACS Nano 2013,7,2898～2926]。

上述已报道的材料其本身具有层状结构，体相材料通过简单的热剥离或者化学剥离手段就可以得到其对应的，具有独特物理、化学性质的二维超薄结构材料；但是对于非层状结构的普通氧化物，普通的热剥离或化学剥离手段则无法得到其对应的二维超薄材料，这大大限制了二维超薄材料在催化技术领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化物纳米片及其制备方法和复合型催化剂，本发明提供的氧化物纳米片具有纳米级别的超薄厚度，作为催化剂载体使用时，能提高催化剂的催化活性。

为实现以上目的，本发明提供了一种氧化物纳米片，化学组成为R_xO_y，其中x为1～4且y为1～6，所述R为Si元素或金属元素；所述氧化物纳米片具有二维层状结构；所述氧化物纳米片的厚度为2.0～15.0nm；所述氧化物纳米片横截面的长度为0.1～10μm。

优选地，所述氧化物纳米片的比表面积为40～400m²/g。

优选地，所述氧化物纳米片具有孔洞，所述孔洞的平均孔径为3.0～15.0nm，所述氧化物纳米片的孔容积为0.01～0.5cm3/g。

优选地，所述金属元素包括Ce、Zr、Co、Ni、Al、W、Mo、Mg、Ti、Cu、Mn、Zn、Fe、Cr和La中的一种或几种。

本申请还提供了上述技术方案所述氧化物纳米片的制备方法，包括如下步骤：

(1)将氧化石墨烯与极性溶剂混合，得到氧化石墨烯分散液；

(2)将所述步骤(1)得到的氧化石墨烯分散液与载体源混合，得到预反应液；所述载体源包括可溶性硅化物或可溶性金属盐；

(3)将所述步骤(2)得到的预反应液依次进行溶剂挥发自组装、干燥和研磨，得到预烧结体；

(4)将所述步骤(3)得到的预烧结体在含氧气氛下烧结，得到氧化物纳米片。

优选地，所述步骤(1)中氧化石墨烯的质量与极性溶剂的体积比为1g:16～1000mL。

优选地，当所述步骤(2)中的载体源为可溶性硅化物时，载体源的浓度以硅原子计；当所述载体源为可溶性金属盐时，载体源的浓度以金属离子计，所述载体源在预反应液中的摩尔浓度为0.02～0.3mol/L。

优选地，所述步骤(3)中溶剂挥发自组装的温度为40～120℃，所述溶剂挥发自组装的时间为12～72h。