一种多级多孔金属氧化物纳米材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了属于纳米材料技术领域的一种多级多孔金属氧化物纳米材料的制备方法，该方法以可溶性金属盐为原料，配成1-500克/升的水溶液，并向其中加入物质的量为原料总物质的量1-200倍的无机或有机碱，搅拌均匀，于60-100℃下反应0.5-20小时，过滤得到不可溶性金属氢氧化物，在100-300℃下缓慢煅烧所合成的不可溶性金属氢氧化物，即可得到表面有凹坑的多级多孔纳米材料。该方法工艺简单，易于调控，两个步骤即可得到纳米多孔材料。该纳米材料比表面积大，反应活性强，表面形貌均匀，在检测器件和吸附剂、催化剂、陶瓷、药物负载材料的制备方面应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料领域，具体涉及。技术背景 多孔金属氧化物纳米材料有着广泛的工业用途，其中包括光催化、气敏、制药、涂料、化妆品等领域。将多孔氧化物纳米材料应用于制备特殊气体气敏性能测试、光催化剂、催化剂负载、分子过滤等等都是现代科技研究的前沿课题(Haifeng Yang et al.0ne-StepNanocasting Synthesis of Highly Ordered Single Crystalline Indium OxideNanowire Arrays from Mesostructured Frameworks.J.Am.Chem.Soc.，2003，125:4724 ；Thomas Waitz et al.0rdered Mesoporous In2O3:Synthesis by Structure Replicationand Application as a Methane Gas Sensor.Adv.Funct.Mater.,2009, 19:653 ；Lina Han et al.Study on formaldehyde gas-sensing of ln203-sensitized ZnOnanoflowers under visible light irradiation at room temperature.J.Mater.Chem., 2012, 22:12915)。但是现有的制备多孔氧化物的方法大多具有合成条件复杂、反应步骤多、原料昂贵、反应条件苛刻、反应需要高温或者高压，从而提高了多孔半导体材料的应用成本，限制了多孔材料的发展(N.Du et al.Porous Indium Oxide Nanotubes:Layer-by-LayerAssembly on Carbon-Nanotube Templates and Application for Room-TemperatureNH3Gas Sensors.Adv.Mater., 2007, 19:1641 ；A.Prim et al.A Novel MesoporousCaO-Loaded In2O3Material for CO2Sensing.Adv.Funct.Mater.，2007，17: 2957 ；B.Tianet al.General Synthesis of Ordered Crystallized Metal Oxide NanoarraysReplicated by Microwave-Digested Mesoporous Silica.Adv.Mater., 2003, 15:1370)。不仅如此，现有的多孔氧化物制备方法所制得的多孔氧化物表面形貌比较简单，孔表面光滑，比表面积不够大，从而限制了多孔氧化物在表面活性上的功效(Suqing Wanget al.Three-dimensional porous V2O5Cathode with ultra high rate capability.Energy&Environmental Science, 2011，4:2854 ；Ferdi Schiith.Non-s i I i ceousMesostructured and Mesoporous Materials.Chem.Mater.，2001，13:3184)。因此，开展一种简单、步骤少、易操作、产物比表面积大、表面活性位点多的多级多孔氧化物的制备方法非常重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，以可溶性金属盐为原料，大量合成金属氢氧化物，通过低温煅烧金属氢氧化物，从而得到表面具有多级多孔的氧化物纳米材料，这些多级多孔氧化物纳米材料具有比表面积大、表面活性位点多的特点，材料表面的物理、化学反应速度快，且材料表面的响应灵敏度高。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下:—种多级多孔金属氧化物纳米材料的制备方法，该方法包括如下步骤:(I)将一种以上的可溶性金属盐溶解于水中，形成溶液，再加入碱；(2)将步骤(1)得到的溶液在50-100°C加热0.5-20小时，形成金属氢氧化物沉淀；(3)将步骤(2)得到的金属氢氧化物在100-300°c煅烧0.5-240小时，得到表面有凹坑的多级多孔金属氧化物纳米材料。其中:步骤(1)中的可溶性金属盐为主族金属或过渡金属的氯化物、溴化物、碘化物、硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐、磷酸盐、亚磷酸盐、硫酸盐、亚硫酸盐、乙酸盐、草酸盐或乙酞丙酮盐。主族金属是指周期表中s区及P区的金属元素，包括碱金属、碱土金属及铝、镓、铟、铊、锡、铅及铋等元素；过渡金属是指元素周期表中d区的一系列金属元素，这一区域包括3到12 —共十个族的过渡元素,但不包括f区的内过渡元素。上述金属优选自铟、铝、锡、锌、铜、银、铁、钴、镍、锰、铬、钒、钛、钥、钨中的一种以上。步骤(1)中的碱选自 氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、氢氧化钡、氨水、乙二胺、六乙基四胺、己二胺、脲、醇钠、醇钾、醇锂中的一种。步骤(1)中一种以上的可溶性金属盐的总摩尔含量与碱的摩尔含量之比为1:1-200。步骤(1)中溶液中一种以上可溶性金属盐的总含量为1-500克/升。步骤(2)中的加热优选在密闭仪器中进行，加热结束后，过滤，并将过滤后的氢氧化物沉淀用水和无水乙醇洗涤。步骤(2)中优选的加热时间为3-16小时，加热温度为90°C。步骤(3)中优选的煅烧时间为3-12小时，煅烧温度为280_300°C。本专利技术的有益效果如下:本专利技术所提供的制备方法通过低温加热金属盐与碱的混合溶液，得到纳米级别的金属氢氧化物，且通过调整金属盐与碱的浓度可以控制氢氧化物纳米材料的粒子尺寸；然后在100-300°C煅烧金属氢氧化物使其表面缓慢脱水，可以得到表面具有纳米凹坑的多孔金属氧化物纳米材料，产物可以为单一金属氧化物、两种以上金属的掺杂型复合氧化物或两种以上金属氧化物的混合物，并通过调试煅烧温度的大小与煅烧时间的长短可以使产物的表面形成纳米凹坑的多级纳米孔洞，凹坑大小在I纳米-10纳米可调，纳米凹坑的存在会大大增加表面原子曲率的变化，形成大量的原子台阶，从而产生大量有悬挂键的表面原子，从而大大提高了多级多孔金属氧化物纳米材料的应用面和应用高度。该方法工艺简单，易于调控，突破了多孔金属氧化物纳米材料制备的传统思维，仅靠调试加热温度与时间就可以制得多孔金属氧化物，并且该方法制备的多孔金属氧化物性能稳定，表面活性大。该方法也大大降低了纳米级别金属氧化物多孔材料的应用成本，从而可以更大范围的推广应用。【附图说明】图1为氢氧化铟纳米片与多孔氧化铟纳米片的形貌分析图；图中，a:氢氧化铟的扫描电子显微镜(SEM)照片；b:氢氧化铟的透射电子显微镜(TEM)照片；c:氢氧化铟的电子衍射图片；d:多孔氧化铟表面形貌的SEM照片；e:多孔氧化铟的低倍TEM照片；f:多孔氧化铟的高倍TEM照片；g:多孔氧化铟的高分辨TEM照片。图2为多孔氧化铟的甲醛气敏性能分析图谱。图3为不同加热温度得到的多孔氧化铟表面形貌的TEM照片；图中，a:200°C加热In(OH)3得到的多孔氧化铟；b:300°C加热In(OH)3得到的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多级多孔金属氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：（1）将一种以上的可溶性金属盐溶解于水中，形成溶液，再加入碱；（2）将步骤（1）得到的溶液在50‑100℃加热0.5‑20小时，形成金属氢氧化物沉淀；（3）将步骤（2）得到的金属氢氧化物在100‑300℃煅烧0.5‑240小时，得到表面有凹坑的多级多孔金属氧化物纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种多级多孔金属氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: (1)将一种以上的可溶性金属盐溶解于水中，形成溶液，再加入碱； (2)将步骤(1)得到的溶液在50-100°C加热0.5-20小时，形成金属氢氧化物沉淀； (3)将步骤(2)得到的金属氢氧化物在100-300°C煅烧0.5-240小时，得到表面有凹坑的多级多孔金属氧化物纳米材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述一种以上可溶性金属盐的总摩尔含量与碱的摩尔含量之比为1:1-200。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述溶液中一种以上可溶性金属盐的总含量为1-500克/升。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：方芳，罗俊，朱静，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11