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具有自支撑纳米片的纳米材料及其制备方法和应用
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2023-05-15 16:47:07
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：天津市滨海新区| 宋学姮 | 2023-05-18 09:48:16
本发明公开了具有自支撑纳米片的纳米材料及其制备方法和应用，该材料的核心为颗粒尺寸为0.05μm～20μm的金属片核，金属核表面为对应金属氢氧化物和/或金属氧化物纳米片形成的自支撑纳米结构。本发明的金属氢氧化物和/或金属氧化物纳米片是基于片层与金属内核以及片层与片层之间的自交联组装形成的，具有较高的比表面积和稳定的三维网络结构，其结合了金属氢氧化物优异的物理化学性能和纳米片超薄的特性。
1.一种具有自支撑金属氢氧化物和/或金属氧化物纳米片的纳米材料，纳米材料具有片状金属核，片状金属核的颗粒尺寸为0.05μm～10μm，片状金属核表面为对应金属氢氧化物和/或金属氧化物纳米片形成的自支撑结构；
片状金属核的平均厚度为0.01～1μm；纳米片的平均厚度为1nm～50nm；纳米片的长度为100nm～100μm；
所述金属为过渡金属元素或过渡金属形成的合金；所述金属选自钴、镍、铜、铁、锌、锰、钼中的至少一种，或至少两种金属元素形成的合金；
金属氢氧化物/氧化物超薄纳米片结构由于极大的比表面积，低廉的原料成本，在催化领域等到越来越多的关注。其优良的电催化性能，使得这种结构有希望替代贵金属成为新一代电极材料，广泛应用于电解水制氢，和制氧，以及燃料电池的电极材料。同时，其独特的片层孔道结构，可以实现可以同时利用双电层电容和法拉第准电容两种储能机制，使其作为超级电容器的电极材料时显示出一定的优越性特性。
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本发明提供了一种具有自支撑纳米片的纳米材料的制备方法，该方法利用金属腐蚀的原理，在金属粉末表面生长金属氢氧化物和/或金属氧化物纳米片，再过滤干燥使其转变成自支撑的金属氢氧化物和/或金属氧化物纳米片材料。与现有技术相比，本发明的技术方案新颖简单、绿色环保，其突破了现有制备纳米片时需使用大量化学试剂和加温反应釜的限制，利用金属粉末自身的特性，实现了无需化学试剂的情况下的制备。
形成的具有自支撑纳米片的纳米材料具有优异的吸附性能，光热和电学特性，可以开发成为吸附材料，储能材料或者是电极材料，例如，作为重金属及阴离子染料吸附材料、气体吸附材料、超级电容器储能材料、电解水的电极材料、锂离子电池的负极材料等，在环保和能源等领域中具有重要的潜在应用，这对于拓展金属氢氧化物材料的应用具有十分重要的意义。
技术合作
1)将10g平均尺寸为10μm的钴粉(如图7)和50毫升pH＝10(KOH调节)的去离子水混合，加热到60℃，搅拌2小时；
2)把产物清洗，在70℃下干燥8小时，得到分离的钴氢氧化物/氧化物纳米片(如图8)。
所制备的钴氢氧化物/氧化物纳米片的平均尺寸为200nm，平均厚度为20nm。拉曼图谱(图10)显示材料为Co
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O
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(拥有481，519，616，686，这4个特征峰)。
对比例1：
同实施例1，不同之处在于反应温度为100℃。
结果表明得到的产物中无明显的纳米结构。
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