纳米片的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料制备和光催化技术领域，具体涉及一种单分子层HNbWOf^米片的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展和工业的进步，环境和能源问题成为21世纪人类面临和亟待解决的重大问题之一，而直接利用太阳能来驱动化学反应进行的光催化技术，以其反应条件温和和无二次污染等特性，使其成为一种理想的洁净能源生产技术。无机二维纳米片是一类分子或原子厚度并具有各向异性的片状结构，是最薄的新型纳米功能材料之一，通过对层状前驱体进行质子交换，插层剥离以及重组装过程，可制备出分子级厚度的二维纳米材料。由于其具有独特的各向异性、量子尺寸效应和二维纳米单晶结构，使其具有大量暴露的活性位点和较大的比表面积以及高的传质效率，使其在光催化领域表现出优越的活性。但是传统采用自上而下的纳米片的合成方法耗时长、成本高、操作步骤复杂限制了其在光催化领域应用。为了解决这些问题，开展具有高效的、生产工艺简单快速的合成方法以及探索其在光催化产领域的应用具有重大的意义。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对传统方法的不足，提供一种单分子层HNbWO6纳米片的制备方法，拟解决传统使用四丁基氢氧化胺(TBAOH)剥离时反应时间长、原料费用昂贵、操作步骤繁琐等问题。本发明采用三乙醇胺作为剥离剂，原位快速制备的半透明胶状单分子层纳米片悬浮液可直接用于光催化产氢而不需额外添加牺牲剂。本发明制备方法简单、原料廉价易得、有利于大规模的工业生产，具有显著的经济和社会效益。
[0004]为实验上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种单分子层HNbWO6纳米片的制备方法，采用三乙醇胺为剥离剂原位快速剥离HNbWO 6层状化合物为单分子层HNbW06m米片。
[0005]具体步骤:将HNbWOJl状化合物加入到体积分数为10%的三乙醇胺水溶液中，在室温下搅拌几十分钟，即形成均匀的半透明胶状纳米片悬浮液，经离心絮凝重堆积、洗涤、烘干，得到粉末状单分子层HNbWO6纳米片。
[0006]剥离剂也可为三异丙醇胺。
[0007]剥离的层状化合物也可为肌&胃06或HNb Ja1^xO6^ X=O-1。
[0008]制得的单分子层HNbWO6纳米片悬浮液可直接用于光催化产氢反应而不需要额外添加牺牲剂。
[0009]本发明的有益效果在于:
(I)本发明首次采用三乙醇胺作为剥离剂原位快速地将层状HNbWO6前驱物剥离为半透明胶状单分子层纳米片悬浮液。
[0010](2)本发明合成的均匀的半透明胶状单分子层纳米片HNbWO6悬浮液可直接用于光催化产氢而不需要额外添加牺牲剂，制备方便简单、速度快、原料相对廉价，有利于大规模的工业生产。
[0011](3)本发明合成的半透明状单分子层纳米片悬浮液在进行光催化反应后，可进行分离，光催化再生能力强，重复利用率高，具有很高的实用价值和应用前景。
【附图说明】
[0012]图1为本发明剥离得到的!1他106单分子层纳米片和传统使用四丁基氢氧化胺(TBAOH)合成的单分子层纳米片以及其层状前驱物HNbWOfJ^ X射线衍射(XRD)图。
[0013]图2为本发明获得的均匀半透明HNbWO#分子层纳米片悬浮液(N- HNbffO 6)和传统方法剥离得到的单分子层纳米片(T- HNbffO6)的光解水产氢活性对比。
[0014]图3为采用三乙醇胺作为剥离剂获得的均匀半透明HNbWO6单分子层纳米片的透射电子显微镜图(a)和高分辨透射电镜图(b)。(a)中插图为本发明得到的半透明胶状HNbWO6单分子层纳米片悬浮液的丁达尔效应图。
[0015]图4为采用三乙醇胺作为剥离剂获得的均匀半透明HTaWO6单分子层纳米片的透射电子显微镜图(a)和高分辨透射电镜图(b)。
[0016]图5为采用三异丙醇胺作为剥离剂获得的均匀半透明HNbWO6单分子层纳米片的透射电子显微镜图(a)和高分辨透射电镜图(b)。
【具体实施方式】
[0017]本发明的制备步骤如下:将化学计量比的LiC03、Nb2O5和WO 3充分研磨均匀后，在马弗炉中1033 K温度下煅烧24 h两次，中间需要研磨一次即可得到LiNbW06。取4 g层状LiNbWO6分散到400 ml 6 mol/L的HNO 3水溶液在333K水浴中进行质子交换六天，每两天换一次酸，然后离心洗涤至中性在333K烘箱烘干即可得到层状HNbW06。取一定量的HNbWO6层状前驱物加入到一定体积的体积分数为10%的三乙醇胺水溶液中，在室温下搅拌几十分钟，形成均匀的半透明胶状单分子层纳米片悬浮液，然后将悬浮液离心絮凝重堆积，经过洗涤烘干即得到所述的粉末状纳米片光催化剂。
[0018]实施例1
具有粉末状HNbWO6单分子层纳米片光催化剂的制备
取80 mg HNbWOJl状化合物放入烧杯，向烧杯中加入80 ml体积分数为10%的三乙醇胺水溶液，在室温下搅拌，即形成均匀的半透明胶状悬浮液，然后将悬浮液离心絮凝重堆积，经过反复洗涤，在333 K烘箱烘干24 h即得到所述的粉末状纳米片光催化剂。图1展示了本发明得到的单分子层纳米片HNbWO6光催化剂和传统方法使用四丁基氢氧化胺合成的单分子层纳米片HNbWO6*催化剂以及层状前驱物HNbWO 6的X射线衍射(XRD)图。从图1中可以发现本发明所制备的纳米片HNbWO6周期性层状结构遭到破坏，但晶面峰保持不变。该发明与传统方法获得的纳米片HNbWOfJ^ X射线衍射峰一致。
[0019]实施例2
具有半透明胶状11他胃06单分子层纳米片悬浮液的光催化剂产氢应用将制备的催化剂用于光催化产氢，来评价其光催化性能。催化剂用上述得到的均匀半透明胶状悬浮液，将其放入石英反应器里，并加胶圈和石英盖密封，反应前先抽真空，然后用全波段氙灯模拟太阳光进行照射。反应产物由在线色谱每隔一定时间手动取样，产生的氢气量采用外标法来确定。比较本发明获得的均匀半透明胶状HNbWO6纳米片悬浮液和传统采用四丁基氢氧化胺剥离得到的纳米片的光解水产氢活性如图2所示。由图2可知，本发明得到的胶状HNbWOf^分子层纳米片悬浮液的光催化活性是传统法剥离得到的HNbWO 6单分子层纳米片的5倍左右，并且本发明的胶状HNbWO6悬浮液可直接用于光催化反应，不需要添加额外的牺牲剂。因此，采用三乙醇胺原位快速剥离层状HNbWO6得到的半透明胶状单分子层纳米片悬浮液具有很高的应用前景。
[0020]实施例3
采用三乙醇胺作为剥离剂获得的HNbWOdP HTaWO 6单分子层纳米片的透射电镜图利用三乙醇胺快速剥离的HNbWOdP HTaWO6单分子层纳米片的透射电镜如图3、4所示，从图3-a和4-a可以看出样品均呈纳米片状和纳米管状，纳米片横向尺寸约为200 nm左右，纳米管直径约50 nm，长度在300 nm左右。其中3_a中插图显不了 !1他106悬浮液的丁达尔效应，表明存在高分散的超薄HNbWO6单分子层纳米片。图3-b和4-b给出了该单分子层纳米片的高分辨透射电镜图，从图中可以清晰地观察到纳米片的晶格条纹，与理论值一致。
[0021]实施例4
采用三异丙醇胺作为剥离剂获得的11他胃06单分子层纳米片的透射电镜图取80 mg HNbWO6层状化合物放入烧杯，然后向烧杯中加入0.5 g三异丙醇胺和80 ml水，在室温下搅拌，即形成均匀的半透明胶状悬浮液，该悬浮液的透射电镜图如图5所示，从图5-a和5-b的结果表明，三异丙醇胺也可以将层状HNbWOjIj离为单分子层HNbWO6纳米片。该结果与实施例3—致。
[0022]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属于本发明的涵盖范围。
【主权项】
1.一种单分子层HNbWO 6纳米片的制备方法，其特征在于:采用三乙醇胺为剥离剂原位快速剥离11他胃06层状化合物为单分子层HNbWO 6纳米片。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:将HNbWO6层状化合物加入到体积分数为10%的三乙醇胺水溶液中，在室温下搅拌几十分钟，即形成均匀的半透明胶状纳米片悬浮液，经离心絮凝重堆积、洗涤、烘干，得到粉末状单分子层HNbWO6纳米片。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:剥离剂为三异丙醇胺。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:剥离的层状化合物为HTaWO6或HNbxTa1^O6? X=O-10
5.一种如权利要求1所述的方法制得的单分子层HNbWO6纳米片的应用，其特征在于:单分子层HNbWO6纳米片悬浮液直接用于光催化产氢反应而不需要额外添加牺牲剂。
【专利摘要】本发明公开了一种单分子层HNbWO6纳米片的制备方法，属于材料制备和光催化技术领域。采用三乙醇胺为剥离剂原位快速剥离HNbWO6层状化合物为单分子层HNbWO6纳米片。本发明制备方法简单、使用性强、原料廉价易得、节能环保，有利于大规模的工业生产，具备显著地经济和社会效益。该制备方法具有普适性，可以原位快速剥离其它层状化合物比如HTaWO6、HNbXTa1-XO6等,并且该方法还可以拓展到其它有机胺剥离剂，比如三异丙醇胺。
【IPC分类】C01G41-00, B82Y30-00
【公开号】CN104860354
【申请号】CN201510239795
【发明人】吴棱, 刘玉豪, 熊锦华, 罗水广
【申请人】福州大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月13日