[发明专利]多孔纳米片基NiCo2

说明书

本发明公开多孔纳米片基NiCo₂O₄纳米管用于高效碳烟催化消除,多孔纳米片基NiCo₂O₄纳米管包括一维的中空管和生长在管壁上的超薄纳米片，通过简便的水热反应技术，以钴基纳米线为模板，经过柯肯达尔效应的自扩散和与镍离子的阳离子交换反应进一步得到了CoNi‑Asp纳米片基纳米管，通过退火反应进行制备。本发明的分层多孔NiCo₂O₄纳米片基纳米管，呈开口状且内部中空和分级多孔的结构具有更多的活性位点，结构稳定，在碳烟共消除上具有明显的优势。

本发明申请是母案申请“一种分层多孔NiCo2O4纳米片基纳米管结构材料及其制备方法和应用”的分案申请，母案申请的申请日为2018年8月29日，申请号为2018109966364。

技术领域

本发明涉及纳米材料和碳烟催化消除技术领域，特别是涉及一种多孔纳米片基NiCo₂O₄纳米管结构材料及其制备方法和在碳烟催化消除方面的应用。

背景技术

柴油发动机释放的碳烟颗粒物(Soot)会对人类赖以生存的环境和人体健康造成严重的危害。目前柴油颗粒过滤器(DPF)结合碳烟催化氧化剂技术被认为是柴油机碳烟消除最有效的方法之一。近年来，由Yoshida提出的NO_x和Soot共消除的催化技术引起了科研工作者的广泛关注。共消除技术是利用柴油机尾气排放的Soot来还原NO_x，同时NO_x有助于Soot的催化燃烧，从而达到NO_x和Soot污染物共同消除的目的。然而柴油发动机尾气的温度较低(200-400℃)，Soot的燃烧温度一般为550-600℃。因此该技术的关键在于开发低成本、高效、绿色的催化剂以降低碳烟颗粒的燃烧温度以及进一步提高NO_x的消除效率。

众所周知，铂基贵金属催化剂具有优异的催化性能，但其稀有和昂贵的缺点限制了它们的广泛应用。目前，价格低廉的过渡金属氧化物，特别是具有类尖晶石或类钙钛矿结构的混合金属氧化物开始用作碳烟燃烧催化剂。碳烟颗粒的催化氧化是典型的气-固-固三相反应，分别由气态反应物(NO_x和O₂)、固体反应物(碳烟颗粒)和固体催化剂组成。碳烟颗粒尺寸一般较大(25-100nm),传统的微孔/介孔催化剂难以与之接触。因此开发一系列具有大孔结构的催化剂可以明显改善碳烟颗粒燃烧的催化活性。

当前研究中所得到的碳烟燃烧催化剂主要呈纳米颗粒或纳米片阵列结构。纳米片阵列结构虽然可以改善催化剂与碳烟颗粒的接触，但是与具有大孔结构的催化剂相比，不可避免地限制了气态反应物与固态反应物及产物的扩散。二维纳米片在光催化和电催化方面具有很大的潜力，但在热处理过程中二维纳米片易发生聚集、烧结，严重阻碍了其在热催化反应中的应用。因此，将二维纳米片与一维纳米管/纳米棒组装以形成三维复合纳米结构，一维结构可以有效防止二维纳米片聚集，为三维材料应用于热催化提供了可能性。

发明内容

本发明的目的在于现有技术中存在的不足，提供一种分层多孔NiCo₂O₄纳米片基纳米管结构材料及其制备方法和应用，采用新型自模板转换方法，合成了一种分级多孔NiCo₂O₄纳米片基纳米管结构材料(即一种多孔纳米片基NiCo₂O₄纳米管结构材料)，其在碳烟颗粒催化氧化方面表现出非常优异的性能。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

一种分层多孔NiCo2O4纳米片基纳米管结构材料(多孔纳米片基NiCo₂O₄纳米管)，包括一维的中空管和生长在管壁上的超薄纳米片，在超薄纳米片上有介孔，且交叉的超薄纳米片之间形成孔隙，中空管和超薄纳米片均为尖晶石结构的NiCo2O4。