[发明专利]一种过渡金属羟基氧化物超薄纳米片的绿色高效合成方法

说明书

本发明提供了一种过渡金属羟基氧化物超薄纳米片的绿色高效合成方法,包括如下步骤：1)利用亚铁氰或铁氰化合物合成不同过渡金属的普鲁士蓝类似物；2)将双氧水溶液加入步骤1)所述的溶液中，搅拌均匀；3)往上述溶液中加入双氧水和氧化剂，充分搅拌，通过氧化将普鲁士蓝类似物转化为过渡金属羟基氧化物，同时由双氧水分解产生的氧气气泡将其原位剥离成超薄纳米片；4)反应结束，将上述产物抽滤清洗、真空干燥，得到过渡金属羟基氧化物超薄纳米片。本发明方法条件温和，制备过程简单易于放大，滤液中的亚铁氰或铁氰化合物经结晶后可重复使用，绿色环保，合成的超薄纳米片厚度在1.6nm左右，在锂电池、电催化等领域具有广泛的应用前景。

【技术领域】

本发明涉及纳米材料制备的领域，特别是涉及一种过渡金属羟基氧化物超薄纳米片的绿色高效合成方法。

【背景技术】

羟基氧化物(oxyhydroxide)指由氧离子、氢氧根离子与高价金属阳离子构成的化合物，可以看成氢氧化物转化为氧化物过程中，部分脱水的中间产物。特别是过渡金属羟基氧化物，因其灵活可变的价态及层状结构，常被应用于超级电容器、锂电池、电催化、水处理等领域。特别是在电催化析氧反应中，很多研究工作都表明，过渡金属化合物，如过渡金属硫化物、过渡金属磷化物、过渡金属氢氧化物等等，在经过电催化析氧反应后，材料部分或全部转化为过渡金属羟基氧化物。同时，超薄纳米片(厚度小于5纳米)材料拥有更高的比表面积，能够暴露更多的活性位点，同时提供了更短的离子和电子传输途径，已被广泛应用于能源相关领域。因而，探究绿色高效的过渡金属羟基氧化物超薄纳米片的合成方法意义重大。

目前制备过渡金属羟基氧化物超薄纳米片的方法，主要包括自上而下的剥离法和自下而上的水热法。剥离法通常需要先合成相应过渡金属羟基氧化物的纳米片材料，再于有机溶剂中进行超声剥离。尽管这种方法可以得到超薄的厚度，但却存在步骤繁琐、环境不友好、纳米片厚度不均一等缺点。水热法一般需要表面活性剂来稳定水热过程中的超薄纳米片，虽然这种方法操作步骤较为简便，但是也存在着反应残留的表面活性剂难以去除，反应温度高、条件不温和，合成的纳米片厚度很难达到超薄的厚度等缺点；除上述两种方法外，还有一些其他方法，如电化学方法(Energy Environ.Sci.,2019,12,739-746)。上述方法还有一个共同的缺点：只能小剂量合成，无法放大生产，难以用于批量生产，产量极低，不利于工业化大规模生产。

因此，需要提供一种反应条件温和、制备过程简单、绿色环保、产量高的制备过渡金属羟基氧化物超薄纳米片的方法，以解决目前制备中存在的诸多问题。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题，在于提供一种过渡金属羟基氧化物超薄纳米片的绿色高效合成方法，能够解决现有合成方法中存在的反应条件不温和、制备过程繁琐、无法放大生产、产量低、环境不友好等问题。

本发明是这样实现的：

一种过渡金属羟基氧化物超薄纳米片的绿色高效合成方法，包括如下步骤：

(1)利用亚铁氰化合物或铁氰化合物合成不同过渡金属的普鲁士蓝类似物；

(2)将适量双氧水溶液加入步骤1)所述的溶液中，搅拌均匀；

(3)往上述溶液中加入适量氧化剂，充分搅拌，通过氧化将普鲁士蓝类似物转化为过渡金属羟基氧化物，同时由双氧水分解产生的氧气气泡将其原位剥离成超薄纳米片；

(4)反应结束，将上述产物抽滤清洗、真空干燥，得到过渡金属羟基氧化物超薄纳米片，同时，滤液中的亚铁氰化合物或铁氰化合物经过结晶后可重复使用。

进一步地，所述步骤(1)中的反应主要通过亚铁氰或铁氰酸根与不同的过渡金属的配位作用合成不同过渡金属的普鲁士蓝类似物，所述过渡金属为Fe、Co、Ni、Mn中的一种或多种，加入的过渡金属与亚铁氰或铁氰酸根的摩尔比可以为1:1-1:5，反应时间为12-24小时。