通過原位拓?fù)溥€原法得到NiFe/CeO2納米復(fù)合材料的方法與流程

本發(fā)明屬于無機(jī)納米材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種通過原位拓?fù)溥€原法得到二維薄層狀nife/ceo2納米復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)：

二維納米材料因其厚度尺寸和二維平面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)往往具有不同于相應(yīng)塊體材料的電子結(jié)構(gòu),不但能夠影響其本征性能,還能產(chǎn)生一些新性質(zhì),同時(shí)它具有很高的理論比表面積和電子遷移率，使得其迅速成為材料科學(xué)和化學(xué)催化領(lǐng)域活躍的研究熱點(diǎn)。二維結(jié)構(gòu)在復(fù)合納米粒子的過程中產(chǎn)生的協(xié)同作用，使其在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能：如用作鋰離子電極材料時(shí)，二維納米復(fù)合材料具有良好導(dǎo)電性，并且可提高電極材料與電解質(zhì)相界面的擴(kuò)散性；當(dāng)用作傳感器材料時(shí)，由于二維碳材料的支撐固定作用，納米粒子在高溫的工作條件下不易發(fā)生熟化長大，同時(shí)二維材料大的比表面積利于提高氣體的擴(kuò)散和相界面反應(yīng)；作為電催化劑，具有較好的納米粒子分散性的同時(shí)，具有較高的電子遷移率。納米合金粒子與二維薄層氧化物的復(fù)合可以進(jìn)一步改進(jìn)材料的性能、大大拓寬無機(jī)金屬納米粒子和金屬氧化物的應(yīng)用范圍。納米合金粒子修飾二維薄層氧化物，這不僅可以克服納米片層間巨大的范德華力，防止納米片的團(tuán)聚，使金屬氧化物超薄層狀結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性質(zhì)得以保留。本實(shí)驗(yàn)中將薄層狀ceo2納米片和nife納米粒子進(jìn)行有效的復(fù)合，形成二維納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。首先，ceo2易被還原為ceo2-x，使得薄層狀ceo2納米片載體有大量ce³⁺，高電子密度的ce³⁺可以作為lewis堿促進(jìn)催化劑對(duì)水合肼的吸附，使n-h鍵的作用減弱。同時(shí)也能促進(jìn)nife合金作為活性中心優(yōu)先斷裂n-h鍵，大大提高催化反應(yīng)的選擇性和活性。另外，這種二維薄膜結(jié)構(gòu)也有較大的比表面積，能提供更多催化反應(yīng)的活性位點(diǎn)，提高催化效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種通過原位拓?fù)溥€原法得到二維薄層狀nife/ceo2納米復(fù)合材料的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提出的一種通過原位拓?fù)溥€原法得到二維薄層狀nife/ceo2納米復(fù)合材料的方法，具體步驟如下：

（1）將ni,fe,ce的無機(jī)鹽溶液加入到錐形瓶樣式的火膠棉膜內(nèi)，密封后放入裝有氫氧化鈉溶液的燒杯中進(jìn)行沉淀反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后將樣品進(jìn)行離心分離、洗滌、干燥，煅燒得到中間產(chǎn)物；ni,fe,ce的無機(jī)鹽的摩爾比是6:4:1；所述ni,fe,ce無機(jī)鹽的摩爾數(shù)總和與氫氧化鈉溶液的摩爾比是11:40；

（2）將步驟（１）得到的中間產(chǎn)物超聲、攪拌分散于溶有氫氧化鈉固體的乙二醇溶液中，在反應(yīng)釜中進(jìn)行還原反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后將樣品進(jìn)行離心分離，洗滌，干燥，得到最終產(chǎn)物，即二維薄層狀nife/ceo2納米復(fù)合材料。

本發(fā)明中，步驟（１）中配制ni,fe,ce的無機(jī)鹽溶液采用的溶劑均為去離子水。

本發(fā)明中，步驟（１）中所述ni的無機(jī)鹽為氯化鎳，fe的無機(jī)鹽為硫酸亞鐵，ce的無機(jī)鹽為硝酸鈰，其濃度均為0.025mol/l。

本發(fā)明中，步驟（１）中所述氫氧化鈉溶液的濃度為0.1mol/l。

本發(fā)明中，步驟（１）中所述沉淀反應(yīng)時(shí)間為1小時(shí)。

本發(fā)明中，步驟（１）中所述的洗滌是使用去離子水及無水乙醇進(jìn)行交替洗滌。

本發(fā)明中，步驟（１）中所述的離心分離轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/分鐘，時(shí)間為5分鐘。

本發(fā)明中，步驟（１）中所述的干燥是在真空干燥箱60℃下干燥10h。

本發(fā)明中，步驟（２）中所述的溶有氫氧化鈉的乙二醇溶液，其濃度為0.25mol/l。

本發(fā)明中，步驟（２）中所述還原反應(yīng)時(shí)間為12小時(shí)。

本發(fā)明中，步驟（２）中所述還原反應(yīng)溫度為140℃-180℃。

本發(fā)明中，步驟（２）中所述的洗滌都是使用去離子水及無水乙醇進(jìn)行交替洗滌。

本發(fā)明中，步驟（２）中所述的離心分離轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/分鐘，時(shí)間為5分鐘。

本發(fā)明中，步驟（２）中所述的干燥是在真空干燥箱60℃下干燥10h。

由于采用上述方案，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了利用常見的氯化鎳、硫酸亞鐵、硝酸鈰為反應(yīng)的前驅(qū)體，通過共沉淀-原位拓?fù)溥€原法，首次合成了二維薄層狀nife/ceo2納米復(fù)合材料。

2、本發(fā)明的方法對(duì)產(chǎn)物的形貌有很高的調(diào)控性。

3、本發(fā)明采用簡(jiǎn)單無機(jī)鹽作為反應(yīng)物，具有很強(qiáng)的通用性。

4、本發(fā)明制備的產(chǎn)物具有良好的催化水合肼分解產(chǎn)氫的性能，可以作為高性能催化劑，有較為廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用空間。

5、本發(fā)明的工藝簡(jiǎn)單，制備條件通用，產(chǎn)物形貌穩(wěn)定、純度高，且產(chǎn)物處理方便簡(jiǎn)潔，適合于中等規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

6、本發(fā)明的方法具有條件溫和、節(jié)能高效、易于控制等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1中在500nm的倍數(shù)下得到的中間產(chǎn)物的sem照片。

圖2為實(shí)施例1中在500nm的倍數(shù)下得到的產(chǎn)物的sem照片。

圖3為實(shí)施例1中在50nm的倍數(shù)下得到的中間產(chǎn)物的tem照片。

圖4為實(shí)施例1中在50nm的倍數(shù)下得到的產(chǎn)物的tem照片。

圖5為實(shí)施例1所得產(chǎn)物的xrd圖譜。

圖6為實(shí)施例1所得產(chǎn)物的eds圖譜。

圖7為實(shí)施例2中在500nm的倍數(shù)下得到的中間產(chǎn)物的sem照片。

圖8為實(shí)施例3所得產(chǎn)物的xrd圖譜。

圖9為實(shí)施例3中在500nm的倍數(shù)下得到的中間產(chǎn)物的sem照片。

圖10為實(shí)施例4所得產(chǎn)物的xrd圖譜。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例1

第一步，準(zhǔn)確稱取0.5942gnicl2·6h2o，用去離子水配制成100ml溶液，濃度為25mmol/l,準(zhǔn)確稱取0.6950gfeso4·7h2o，用去離子水配制成100ml溶液，濃度為25mmol/l,準(zhǔn)確稱取1.0856gce(no3)3·6h2o，用去離子水配置成100ml溶液，濃度為25mmol/l,ni²⁺：fe²⁺:ce³⁺按照6:4:1摩爾比進(jìn)行混合，總體積為110ml,然后置于錐形瓶樣式的火膠棉膜內(nèi)，密封后放在250ml燒杯中。

第二步，準(zhǔn)確稱取0.400g的氫氧化鈉，用去離子水配制成100ml溶液，濃度為100mmol/l,然后將其倒入第一步的燒杯中并用保鮮膜將燒杯口封住進(jìn)行反應(yīng)。

第三步，反應(yīng)1小時(shí)后，收集火膠棉膜內(nèi)的溶液及沉淀，離心并用無水乙醇和去離子水洗滌數(shù)次，置于真空干燥箱中干燥，得到中間產(chǎn)物。

第四步，準(zhǔn)確稱取0.200g的氫氧化鈉固體，置于盛有20ml乙二醇溶液的燒杯中，攪拌至氫氧化鈉完全溶解。

第五步，準(zhǔn)確稱取20mg中間產(chǎn)物，加入到上述氫氧化鈉的乙二醇溶液中，攪拌至完全溶解，將溶液轉(zhuǎn)移到30ml的反應(yīng)釜中，160℃下反應(yīng)12小時(shí)。

第六步，待反應(yīng)釜冷卻至室溫，收集反應(yīng)釜內(nèi)溶液及固體，離心并用無水乙醇和去離子水洗滌數(shù)次，置于真空干燥箱中干燥。得到最終的產(chǎn)物：二維薄層狀nife/ceo2納米復(fù)合材料。

圖1為實(shí)施例1中在500nm的倍數(shù)下得到的中間產(chǎn)物nifece氫氧化物的sem圖片；圖2為實(shí)施例1中在500nm的倍數(shù)下得到的產(chǎn)物的sem圖片；圖3為實(shí)施例1所得中間產(chǎn)物在50nm的倍數(shù)下nifece氫氧化物的tem圖片；圖4為實(shí)施例1所得產(chǎn)物在50nm的倍數(shù)下的tem圖片；圖5為實(shí)施例1所得產(chǎn)物的xrd圖譜，證明了nife合金和ceo2納米薄層的復(fù)合；圖6為實(shí)施例1中產(chǎn)物的eds圖譜表明了其中ni,fe,ce,o元素的存在。

實(shí)施例2

第一步，準(zhǔn)確稱取0.5942gnicl2·6h2o，用去離子水配制成100ml溶液，濃度為25mmol/l,準(zhǔn)確稱取0.6950gfeso4·7h2o，用去離子水配制成100ml溶液，濃度為25mmol/l,準(zhǔn)確稱取1.0856gce(no3)3·6h2o，用去離子水配置成100ml溶液，濃度為25mmol/l,ni²⁺：fe²⁺:ce³⁺按照6:4:1摩爾比進(jìn)行混合，總體積為110ml,然后置于錐形瓶樣式的火膠棉膜內(nèi)，密封后放在250ml燒杯中。

第二步，準(zhǔn)確稱取0.400g的氫氧化鈉，用去離子水配制成100ml溶液，濃度為100mmol/l,然后將其倒入第一步的燒杯中并用保鮮膜將燒杯口封住進(jìn)行反應(yīng)。

第三步，反應(yīng)1小時(shí)后，收集火膠棉膜內(nèi)的溶液及沉淀將其倒入100ml離心管中，離心并用無水乙醇和去離子水洗滌數(shù)次，置于真空干燥箱中干燥，得到中間產(chǎn)物。

第四步，準(zhǔn)確稱取0.200g的氫氧化鈉固體，置于盛有20ml乙二醇溶液的燒杯中，攪拌至氫氧化鈉完全溶解。

第五步，準(zhǔn)確稱取20mg中間產(chǎn)物，加入到上述氫氧化鈉的乙二醇溶液中，攪拌至完全溶解，將溶液轉(zhuǎn)移到30ml的反應(yīng)釜中，140℃下反應(yīng)12小時(shí)。

第六步，待反應(yīng)釜冷卻至室溫，收集反應(yīng)釜內(nèi)溶液及固體，離心并用無水乙醇和去離子水洗滌數(shù)次，置于真空干燥箱中干燥，得到最終的產(chǎn)物：二維薄層狀nife/ceo2納米復(fù)合材料。

圖7為實(shí)施例2中在500nm的倍數(shù)下得到的產(chǎn)物nife/ceo2納米片的sem照片。由圖片可以看出，在此條件下依然能形成二維薄層結(jié)構(gòu)，只是薄膜的卷曲程度較大，相對(duì)比表面積較小。圖8為實(shí)例2所得產(chǎn)物的xrd圖譜，由圖片可以看出，在此條件下還原得到的產(chǎn)物還原不夠充分，ni、fe仍以氧化物的形式存在。說明反應(yīng)溫度降低，產(chǎn)物的還原程度受影響，無法得到預(yù)計(jì)的nife合金。

實(shí)施例3

第一步，準(zhǔn)確稱取0.5942gnicl2·6h2o，用去離子水配制成100ml溶液，濃度為25mmol/l,準(zhǔn)確稱取0.6950gfeso4·7h2o，用去離子水配制成100ml溶液，濃度為25mmol/l,準(zhǔn)確稱取1.0856gce(no3)3·6h2o，用去離子水配置成100ml溶液，濃度為25mmol/l,ni²⁺：fe²⁺:ce³⁺按照6:4:1摩爾比進(jìn)行混合，總體積為110ml,然后置于錐形瓶樣式的火膠棉膜內(nèi)，密封后放在250ml燒杯中。

第二步，準(zhǔn)確稱取0.400g的氫氧化鈉，用去離子水配制成100ml溶液，濃度為100mmol/l,然后將其倒入第一步的燒杯中并用保鮮膜將燒杯口封住進(jìn)行反應(yīng)。

第三步，反應(yīng)1小時(shí)后，收集火膠棉膜內(nèi)的溶液及沉淀將其倒入100ml離心管中，離心并用無水乙醇和去離子水洗滌數(shù)次，置于真空干燥箱中干燥，得到中間產(chǎn)物。

第四步，準(zhǔn)確稱取0.200g的氫氧化鈉固體，置于盛有20ml乙二醇溶液的燒杯中，攪拌至氫氧化鈉完全溶解。

第五步，準(zhǔn)確稱取20mg中間產(chǎn)物，加入到上述氫氧化鈉的乙二醇溶液中，攪拌至完全溶解，將溶液轉(zhuǎn)移到30ml的反應(yīng)釜中，180℃下反應(yīng)12小時(shí)。

第六步，待反應(yīng)釜冷卻至室溫，收集反應(yīng)釜內(nèi)溶液及固體，離心并用無水乙醇和去離子水洗滌數(shù)次，置于真空干燥箱中干燥，得到最終的產(chǎn)物：二維薄層狀nife/ceo2納米復(fù)合材料。

圖9為實(shí)施例3中在500nm的倍數(shù)下得到的產(chǎn)物nife/ceo2納米片的sem照片。由圖片可以看出，在此條件下形成的薄層結(jié)構(gòu)不是很明顯，團(tuán)聚明顯，說明反應(yīng)溫度提高后，生長速度加快難以生成二維薄層結(jié)構(gòu)。圖10為實(shí)施例3所得產(chǎn)物的xrd圖譜，證明了nife合金和ceo2納米薄層的復(fù)合。

上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的范疇的情況下所做出的修改都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。