[发明专利]一种具有六边形空洞且富含氧空位的复合金属氧化物纳米片、其制备方法和用途

说明书

本发明提供一种复合金属氧化物纳米片，其具有六边形空洞且具有氧空位。本发明还提供该复合金属氧化物纳米片的制备方法，包括以下步骤：A、将包含至少两种金属盐和成核试剂的水溶液以及洁净的基底材料加入到反应釜中并密闭该反应釜；B、将该密闭反应釜至于80℃‑140℃下，其内容物在自生压力下发生水热反应0.5‑24小时，在基底表面生成众多复合金属氢氧化物纳米片，固液分离后对其进行洗涤和干燥；C、用还原性火焰焙烧处理该复合金属氢氧化物纳米片，得到具有六边形空洞且具有氧空位的复合金属氧化物纳米片。本发明还涉及该复合金属氧化物纳米片用作电化学反应催化剂的用途。

技术领域

本发明属于新型材料制备领域，尤其涉及一种具有六边形空洞且富有氧空位的复合金属氧化物纳米片、其制备方法和用途。

背景技术

组分为过渡金属的二维层状双金属氢氧化物被广泛认为是优良的电化学反应催化剂。由于其具有催化性能优异、结构可控、成本低廉、储量丰富等优点，而被应用于能源转换的多个重要电化学反应如氧气还原反应、氧气析出反应、氢气析出反应等。目前，关于如何提高现有的双金属氢氧化物的催化性能仍是研究热点。已经报道的方法主要有剥层法，插层不同阴离子法等等。其中剥层法是指将二维层状双金属氢氧化物进行干法或湿法剥层，制备得到的单层或少层氢氧化物因暴露出更多的催化活性位点而整体提高了氢氧化物的催化活性和效率；插层阴离子是指利用氢氧化物层间离子可交换性，插层不同大小或不同氧化还原能力的阴离子，通过调控层板间距及金属位点的电子结构来改变氢氧化物的催化性能。除此之外，向氢氧化物面内引入氧空位是一种新兴、高效的调控其催化性能的手段。目前主要引入氧空位的方法分为溶剂热还原法和等离子体处理法。溶剂热还原法是指利用还原性溶剂(硼氢化钠、乙二醇)等在一定温度和压力的条件下对氢氧化物进行处理，通过部分还原的方法向氢氧化物内引入氧空位，通过降低金属位点的电子云密度、降低其配位数等方法来提高其催化性能。等离子体处理的方法是指利用等离子体对氢氧化物进行一定时间的处理，可以在较开放的环境下、相对较短的时间内成功向氢氧化物内引入氧空位，以便提高其催化性能。

以上所述方法中，溶剂热法需要在高温高压下进行，对仪器设备要求较高；等离子体处理法所需的仪器设备昂贵，操作噪声污染大，仍需要有更好的方法来提高复合金属氧化物的催化性能。

发明内容

本发明第一方面提供了一种复合金属氧化物纳米片，其最显著的特征在于，其具有六边形空洞且具有氧空位。

其中，所述六边形空洞的边长为5-20nm。所述复合金属氧化物纳米片一般为边长100-500纳米，厚10-20纳米的六边形纳米片。

优选地，单个所述纳米片上具有多个所述六边形空洞。

其中，所述金属选自过渡金属中的至少两种，优选两种，各金属氧化物以固溶体形式存在。以固溶体形式存在意味着该复合金属氧化物整体上是均相的，而非多种金属氧化物的简单的物理混合物。

本发明第二方面涉及第一方面所述的复合金属氧化物纳米片的制备方法，包括以下步骤：

A、将包含至少两种金属盐和成核试剂的水溶液以及洁净的基底材料加入到反应釜中并密闭该反应釜；

B、将该密闭反应釜至于80℃-140℃下，其内容物在自生压力下发生水热反应0.5-24小时，在基底表面生成众多复合金属氢氧化物纳米片，固液分离后对其进行洗涤和干燥；

C、用还原性火焰焙烧处理该复合金属氢氧化物纳米片，得到具有六边形空洞且具有氧空位的复合金属氧化物纳米片。

其中，步骤A中优选使得金属盐以饱和溶解度溶解在水溶液中。

其中，所述还原性火焰通过具有还原性的燃料在缺氧条件下燃烧而产生，该还原性火焰在400℃-1000℃温度范围内焙烧10秒至3分钟时间。

优选地，所述成核剂选自尿素、六亚甲基四胺或氟化铵；所述基底材料选自泡沫金属或金属箔。