一种超薄二维中熵合金纳米薄膜材料及其制备方法与应用

本申请涉及新材料，更具体地说，它涉及一种超薄二维中熵合金纳米薄膜材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、中熵合金，通常是由三种金属元素以等摩尔比或者相近摩尔比相互固溶，形成的具有较高构型熵的多主元合金材料。打破了传统单一主元合金成分设计和功能调控的局限，多主元活性原子的协同作用使其具有更加丰富的催化活性位点结构和电子学自由度来调控oer反应动力学过程，较高构型熵和晶格畸变使其在酸性条件下表现出突出的耐蚀性和结构稳定性。

2、超薄(厚度小于5nm)二维纳米材料，如超薄二维纳米薄膜和超薄二维纳米片等，指的是仅有一个或几个原子层厚度的薄片状纳米材料，可表现出与其三维宏观体相和零维/一维纳米结构截然不同的优异电化学性质。超薄二维纳米薄膜形貌，可最大限度地暴露材料表面催化活性位点和促进界面的电荷转移，进而显著提高本征催化活性，被认为是最理想的催化剂结构形态之一。因此，通过将中熵合金制备成超薄二维形貌，有望获得电催化性能更加优异的新型超薄二维中熵合金纳米薄膜材料。

3、目前，这种仅有一个或几个原子层厚度的新型超薄二维中熵合金纳米薄膜的制备面临着巨大挑战。

技术实现思路

1、本公开提供了一种超薄二维中熵合金纳米薄膜材料及其制备方法与应用，具有超大的比表面积、丰富的表面活性位点、良好的结构稳定性，可作为电解水制氢领域优质的电催化剂候选材料。

2、第一方面，本公开提供一种超薄二维中熵合金纳米薄膜材料，所述超薄二维中熵合金纳米薄膜材料通过在密闭容器中经由表面活性剂分子分布在前驱体溶液表面并引导保温生长制成，所述前驱体溶液为酸性的混合金属盐溶液。

3、优选的，所述超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的分子式为ir0.34co0.33ni0.33，所述超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的形貌为薄膜状，所述超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的厚度为0.8～4.9nm，所述超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的横向尺寸为450～8850μm，所述超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的晶体结构为非晶体。

4、第二方面，本公开提供一种超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)配制前驱体溶液：配制等摩尔浓度的所述混合金属盐溶液，加入还原剂制备所述前驱体溶液，再取所述前驱体溶液放置在疏水容器里；

6、(2)添加表面活性剂：将含有表面活性剂的有机溶剂分布在所述前驱体溶液的表面，在空气环境下静置，等待所述有机溶剂挥发，使得所述前驱体溶液表面形成单层有机分子膜；

7、(3)保温生长：将所述疏水容器密封，在80℃的温度下保温，完成所述前驱体溶液表面处所述超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的形核与生长；

8、(4)干燥：将所述步骤(3)中在所述前驱体溶液表面处的产物转移到si基底上，在空气环境下自然干燥脱水，得到所述超薄二维中熵合金纳米薄膜材料。

9、优选的，步骤(1)中，所述金属盐为+2价态的过渡金属离子的硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、醋酸盐、草酸盐、卤盐中的一种或多种。

10、优选的，所述金属盐为+2价态的所述过渡金属离子的硫酸盐、硝酸盐、卤盐中的一种或多种，所述+2价态的过渡金属离子包括ir2+、co2+和ni2+。

11、优选的，步骤(1)中，所述还原剂为甲醛、酒精、精氨酸中的一种。

12、优选的，步骤(1)中，所述金属盐的浓度为0.01～0.06mm。

13、优选的，步骤(2)中，所述前驱体溶液表面的表面活性剂浓度为0.057～0.1mmol/cm2，所述表面活性剂为脂肪胺中的一种，所述有机溶剂为室温下易挥发的有机溶剂。

14、优选的，步骤(3)中，所述保温生长的温度为60～90℃，所述保温生长的时间为90～150min。

15、第三方面，本公开提供一种超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的应用，所述超薄二维中熵合金纳米薄膜材料应用于电解水制氢中。

16、综上所述，本申请具有以下有益效果：

17、1、由于本申请中提供的超薄二维中熵合金纳米薄膜材料，厚度小于5nm，具有超大的比表面积、丰富的表面活性位点、良好的结构稳定性，可作为电解水制氢领域优质的电催化剂候选材料；

18、2、本申请中提供的制备方法操作简单，合成温度低，可在较低温度下(低于80℃)简单快速的完成对超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的制备；

19、3、本申请提供的制备方法还可实现对此超薄二维中熵合金薄膜的可控制备，通过调节前驱体溶液浓度、前驱体溶液表面的表面活性剂浓度用量、反应温度和反应时间，实现对二维中熵合金薄膜厚度和横向尺寸的精确调控。

20、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开的保护范围。

技术特征：

1.一种超薄二维中熵合金纳米薄膜材料，其特征在于，所述超薄二维中熵合金纳米薄膜材料通过在密闭容器中经由表面活性剂分子分布在前驱体溶液表面并引导保温生长制成，所述前驱体溶液为酸性的混合金属盐溶液。

2.根据权利要求1所述一种超薄二维中熵合金纳米薄膜材料，其特征在于，所述超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的分子式为ir0.34co0.33ni0.33，所述超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的形貌为薄膜状，所述超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的厚度为0.8～4.9nm，所述超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的横向尺寸为450～8850μm，所述超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的晶体结构为非晶体。

3.根据权利要求1所述一种超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述一种超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述金属盐为+2价态的过渡金属离子的硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、醋酸盐、草酸盐、卤盐中的一种或多种。

5.根据权利要求3所述一种超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述金属盐为+2价态的所述过渡金属离子的硫酸盐、硝酸盐、卤盐中的一种或多种，所述+2价态的过渡金属离子包括ir2+、co2+和ni2+。

6.根据权利要求3所述一种超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述还原剂为甲醛、酒精、精氨酸中的一种。

7.根据权利要求3所述一种超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述金属盐的浓度为0.01～0.06mm。

8.根据权利要求3所述一种超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述前驱体溶液表面的表面活性剂浓度为0.057～0.1mmol/cm2，所述表面活性剂为脂肪胺中的一种，所述有机溶剂为室温下易挥发的有机溶剂。

9.根据权利要求3所述一种超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述保温生长的温度为60～90℃，所述保温生长的时间为90～150min。

10.权利要求1-9任意一项所述的制备方法制备得到的超薄二维中熵合金纳米薄膜材料的应用，其特征在于，所述超薄二维中熵合金纳米薄膜材料应用于电解水制氢中。

技术总结
本申请涉及新材料技术领域，更具体地说，它涉及一种超薄二维中熵合金纳米薄膜材料及其制备方法与应用。所述超薄二维中熵合金纳米薄膜材料通过在密闭容器中经由表面活性剂分子分布在前驱体溶液表面并引导保温生长制成，所述前驱体溶液为酸性的混合金属盐溶液。具有超大的比表面积、丰富的表面活性位点、良好的结构稳定性，可作为电解水制氢领域优质的电催化剂候选材料。

技术研发人员：闫光远,王天禄,刘启繁,梁瀚文,梁喆
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29