一种具有孔二维结构氢氧化镍纳米片的制备方法与流程

本发明涉及一种氢氧化镍纳米片的制备方法，尤其涉及一种具有孔二维结构氢氧化镍纳米片的制备方法。

背景技术：

二维材料因为特定的维度限制结构，通常在电子学、光学和催化等方面较立体材料表现出优异的性能。因为具有大的比表面积，并且可以为离子的吸附和输运提供丰富的渗透通道，对于二维结构的研究在催化领域吸引了很多关注。当材料的厚度减小到几个原子层厚时，几乎所有的原子都会裸露在材料表面而作为活性位点，并且特定的二维电子结构也会改变活性位点与反应物分子间的相互作用，进而对催化反应起到促进作用。氢氧化镍被公认为是高效的电催化析氧催化剂，并且因为其本身的层状结构特点，制备出来的纳米材料通常表现出二维形貌。催化剂的活性与其裸露的活性位点数量关系紧密，对于二维氢氧化镍，其表现出来的催化性很有限，还达不到人们的需求，如何进一步增加其活性位点数，也成为研究人员努力的一个方向。

虽然对于二维氢氧化镍的制备已经有很多报道，但是对于如何进一步拓展其形貌的开发和催化性能的提高研究进展很有限。尤其是当材料的尺度降低到纳米量级，如何设计控制形貌更加困难。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有孔二维结构氢氧化镍纳米片的制备方法。旨在二维氢氧化镍纳米片上创造出多孔，多孔结构进一步增加活性位点的数目，这样不仅可以增加其比表面积使得更多的原子裸露在表面上，并且可以在一定程度上修饰其表面电子态，进而对最终的催化性能产生帮助。

为达到上述目的，本发明所采用的技术手段是：一种具有孔二维结构氢氧化镍纳米片的制备方法，步骤包括：

一、称取一定量的乙酸镍、硝酸锌和尿素，把它们分散在装有去离子水的容器中，在超声和磁力搅拌的作用下充分溶解分散，形成清澈透明的绿色溶液；

二、将步骤一中所得到的溶液置于油浴锅中，保持磁力搅拌，加热油浴锅到一定温度进行化学反应，待反应进行一段时间后停止加热，对混合溶液自然冷却至室温；

三、待完全冷却后，对反应后的溶液进行离心，搜集所合成的绿色样品，用去离子水和无水乙醇的混合溶液多次洗涤；

四、将步骤三中得到的样品粉末放置于真空干燥箱中进行真空干燥；

五、称取一定量的从步骤四中得到的产物放置于氢氧化钠溶液中，进行磁力搅拌；

六、把步骤五中的产物用去离子水和无水乙醇多次洗涤，真空烘干既得。

进一步的，所述步骤一中，乙酸镍：硝酸锌：尿素的质量比为5:8～10:5～9。

更进一步的，所述步骤一中，乙酸镍：硝酸锌：尿素的质量比为5:8～10:7。

进一步的，所述步骤二中，加热油浴锅到一定温度是指温度在85～95℃；反应进行一段时间的时间为5～7小时。

作为优选，所述步骤三中的多次洗涤次数为3次，步骤六中多次洗涤的次数为5次。

进一步的，所述步骤四中真空干燥箱内的温度设置为45～55℃。

进一步的，所述步骤五中，磁力搅拌是指，先在室温下磁力搅拌25～35min，而后在油浴条件下加热至75～85℃，磁力搅拌10～20min。

更进一步的，所述步骤五中，采用1mol/L的氢氧化钠溶液，称取样品与氢氧化钠溶液的质量体积比为1:100。

进一步的，所述硝酸锌替换为硝酸铝。

本发明的有益效果是：采用简单的溶胶凝胶法制备出镍锌混合的氢氧化物，再用氢氧化钠溶液溶解去锌，得到带孔的二维氢氧化镍催化剂，整个过程操作简单，反应条件温和，所用材料毒性小，制备得到的带孔结构均匀，孔径尺度小，化学稳定性好，催化性能明显提高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述。

图1 本发明实施例1所制备样品的TEM照片,比例尺100纳米；

图2 本发明实施例1所制备样品的XRD测试结果；

图3 本发明实施例1所制备样品的EDS分析结果；

图4 本发明实施例2中用0.6克六水合硝酸锌所制备样品的TEM照片；

图5 本发明实施例2中用0.3克六水合硝酸锌所制备样品的TEM照片；

图6 本发明实施例2中用0克六水合硝酸锌所制备样品的TEM照片，比例尺100纳米；

图7 本发明实施例3所制备样品的TEM照片，比例尺100纳米；

图8 本发明实施例3所制备样品的EDS分析结果；

图9 本发明实施例4对所制备不同样品LSV的电催化性能测试；

图10 本发明实施例4对所制备带孔二维氢氧化镍纳米片的稳定性电催化性能测试。

具体实施方式

实施例1

一种具有孔二维结构氢氧化镍纳米片的制备方法，步骤包括：

一、称取0.5克的四水合乙酸镍、0.9克的六水合硝酸锌和0.7g尿素，把它们溶解分散在10毫升的去离子水中，在磁力搅拌的作用下，使其充分溶解，形成清澈透明绿色溶液。

二、将上述清澈透明绿色溶液转移至油浴锅中，在90℃的条件下加热6小时，待反应结束过后，自然冷却至室温。

三、取出反应后生成的绿色沉淀产物，经去离子水和无水乙醇各洗涤3次，得到绿色固体粉末。

四、将上述黑色固体粉末在真空干燥箱中50℃烘干至恒重备用。

五、称取30毫克烘干后的样品，分散在3毫升的1摩尔每升的氢氧化钠溶液中室温磁力搅拌30分钟，之后再在油浴条件下加热到80℃磁力搅拌15分钟。

六、通过离心收集上述样品，并用水和无水乙醇清洗5次，置于真空干燥箱中烘干备用。

产物的形貌及物相表征如图1、2、3所示。

实施例2

本实施例为验证例，与实施例1制备方法中不同之处在于，分别调整六水合硝酸锌的用量，以0.6克六水合硝酸锌、0.3克六水合硝酸锌、0克六水合硝酸锌，参与反应，如图4、图5、图6所示，从所得到的样品的TEM照片结果可以看出，几个样品中虽然也都呈现出二维的形貌，但是它们并没有表现出多孔的性质，说明在制备带孔的氢氧化镍纳米片时，需要预先引入相对较多量的锌在纳米片基底上，这样经过氢氧化钠的腐蚀后才可以显现出比较明显均匀的多孔结构。

实施例3

与实施例1制备方法中不同之处在于，步骤五中，只采用室温磁力搅拌，不加热处理，保留室温条件下的腐蚀，其它过程不变，所得到样品如图7和图8所示，它的TEM照片可以看出不仅维持了二维的结构并且呈现出均匀多孔的特点，但是通过EDS的分析，可以发现锌杂质并没有被除尽，所测量得到的镍锌原子比为2.12：1。

可见，实施例1的加热磁力搅拌步骤更优。

实施例4

催化剂二维带孔氢氧化镍纳米片的性能测试，进行电催化实验包括以下步骤：

(1)醇和4毫升去离子水的混合溶液中，再加入10微升的5%的萘酚异丙醇溶液，超声30分钟使得均匀分散。

(2)试，得到LSV曲线（图9）和稳定性曲线（图10）。

纯的氢氧化镍纳米片和带孔含锌的样品的电催化实验步骤同上，曲线结果如图10所示。

所述硝酸锌替换为硝酸铝。

从上述实施例可以看出，本发明采用简单的溶胶凝胶法制备出镍锌混合的氢氧化物，再用氢氧化钠溶液溶解去锌，得到带孔的二维氢氧化镍催化剂，整个过程操作简单，反应条件温和，所用材料毒性小，制备得到的带孔结构均匀，孔径尺度小，化学稳定性好，催化性能明显提高。

本发明所公开的实施例只是对本发明的技术方案的解释，不能作为对本发明内容的限制，本领域技术人员在本发明基础上的简单变更，依然在本发明的保护范围内。