[发明专利]一种高熵氧化物纳米颗粒单层超晶格的制备方法

说明书

本发明涉及无机材料技术领域，尤其涉及一种高熵氧化物纳米颗粒单层超晶格的制备方法。其主要针对在制备高熵氧化物纳米颗粒单层超晶格过程中会受到金属组分数或种类的限制问题，提出如下技术方案：步骤一：无机盐模板的制备；步骤二：多元油酸盐前驱体制备；步骤三：无机盐包覆的高熵氧化物纳米颗粒超晶格的制备；步骤四：高熵氧化物纳米颗粒超晶格的制备。本发明合成方法简单，原料成本较低，可实现大批量制备，不会受到金属组分数或种类的限制，可以将其方法拓展到一元至五元不同金属组分的过渡金属氧化物纳米颗粒中，有效发挥了多金属之间的协同耦合效应。

技术领域

本发明涉及无机材料技术领域，尤其涉及一种高熵氧化物纳米颗粒单层超晶格的制备方法。

背景技术

氢气因为清洁且可再生的特性，很有可能成为取代传统化石燃料的新型能源，有效解决由于传统化石燃料过度使用造成日益严重的环境问题。电解水技术是当前已知的一种非常环保的制氢技术，通过分别发生在阴极和阳极的析氢和析氧反应从而得到高纯度的氢气和氧气。然而由于析氧反应过程中存在的四质子耦合电子转移过程，整体动力学过程较为缓慢，电解效率受到了极大的限制。到目前为止，已知的二氧化铱和二氧化钌这一类贵金属催化剂虽然可以有效降低反应所需的过电位，但是自身储量少、成本高、耐久性差等问题阻碍了其在实际生产中的大规模应用。因此，寻找低成本、高活性、高稳定性的非贵金属催化剂材料是目前研究的关键所在。

在非贵金属催化剂中，过渡金属氧化物因其自身成本低、储量丰富等特点，被认为是一种有前景的低成本催化剂，近年来受到了研究者们的广泛关注。并且通过进一步研究发现，通过引入多种不同金属组分来增加催化剂化学组成的多样性这一策略，可以优化金属的电子结构，有利于发挥多金属之间的协同作用，有效降低反应能垒，提升催化活性，并且当体系中存在五种以上的金属元素时将其定义为高熵化合物。另一方面，催化剂材料的纳米结构也会对催化性能产生较大影响，二维结构可以有效增大催化剂比表面积，利于活性位点的充分暴露，并且极大促进催化反应中传质过程的进行，也常常作为催化剂结构设计的重要思路。鉴于此，我们提出一种高熵氧化物纳米颗粒单层超晶格的制备方法。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的在制备高熵氧化物纳米颗粒单层超晶格过程中会受到金属组分数或种类的限制问题，提出一种高熵氧化物纳米颗粒单层超晶格的制备方法。

本发明的技术方案：一种高熵氧化物纳米颗粒单层超晶格的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：无机盐模板的制备；取无机盐溶于去离子水中，超声下搅拌至无机盐晶体完全溶解得到澄清透明的溶液。将该溶液放置在液氮桶内进行快速冻干，之后放置在冷冻干燥机中进一步冷冻干燥除去残余水分，当无机盐由晶体颗粒转变为蓬松的白色粉末后，从冷冻干燥箱中取出，放置在干燥容器中储存，待用；

步骤二：多元油酸盐前驱体制备；向三颈烧瓶中依次加入五种金属盐前驱体，继续加入适量去离子水使金属盐完全溶解；随后依次加入乙醇、油酸钠和正己烷，在70℃回流状态下反应4小时；待反应液冷却至室温后，将其转移至分液漏斗中，加入去离子水以除去未反应的金属盐前驱体和油酸钠，通过摇匀混合后静置分液除去下层水层，重复上述操作3-5次，将上层有机层转移至茄型瓶中，利用旋蒸装置分离出低沸点溶剂，在真空烘箱中过夜干燥，最终得到的棕色粘稠液体即为多元油酸盐前驱体；

步骤三：无机盐包覆的高熵氧化物纳米颗粒超晶格的制备；在玻璃瓶中将步骤二所得的多元油酸盐前驱体溶于正己烷，得到棕色的多元油酸盐前驱体溶液，与步骤一所得的无机盐模板进行充分混合，然后在氮气气氛下进行高温煅烧，使得多元油酸盐前驱体原位热解形成相应的高熵氧化物纳米颗粒，即可得到包覆于无机盐表面的高熵氧化物纳米颗粒超晶格；

步骤四：高熵氧化物纳米颗粒超晶格的制备；将步骤三所得的包覆于无机盐表面的高熵氧化物纳米颗粒超晶格溶于去离子水中，利用水洗除去无机盐模板，重复3次后得到自支撑的单层高熵氧化物纳米颗粒超晶格。

优选的，所述步骤一中无机盐为氯化钠、氯化钾、氯化镁中的一种或多种。