金属纳米薄片的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金属纳米薄片的制备方法，包括(1)将浓氨水加入氯化镍溶液中，然后加入NaOH溶液，再加入水合肼溶液，搅拌混合均匀，得到混合溶液；(2)在水热反应釜的内衬中可放入基底，并将混合溶液转入水热反应釜的内衬中，密封，在80～120℃恒温12～24小时，得到粗镍纳米片或在基底上生长的粗镍纳米片；(3)将粗镍纳米片在纯水和乙醇中反复清洗多次，干燥，得到镍纳米片。本发明专利技术通过一个温和无有机表面活性剂的方法，通过自发生长制备获得镍金属纳米薄片，其厚度可以控制在10纳米以下，制备镍纳米薄片质量较高，表面无活性剂覆盖，且成本低，适合大批量生产。

【技术实现步骤摘要】
金属纳米薄片的制备方法
本专利技术属于纳米材料制备领域，具体涉及一种金属纳米薄片的制备方法。
技术介绍
纳米薄片以及二维纳米材料因表现出不同于块体以及其他纳米结构的特殊性质，成为一种新型纳米材料，二维材料是指在三维尺度上，其中一维尺度非常薄，其他两维较大，形成薄片状材料，因此特殊的形貌，造就其独特的性质，受到很多研究关注。因此很多其他二维材料的制备报道也相继出现。二维材料而对于金属纳米材料来说，由于其各向异性较好，因此目前通过生长获得的金属纳米材料主要为颗粒，或者通过模板制备得道纳米线阵列等其他纳米结构，而对于较薄的纳米片，很难通过模板法以及非模板法制备。金属镍纳米材料具有较高的电化学活性，以及催化特性，因此在燃料电池、葡萄糖探测，以及电催化方面具有非常广泛的应用。很多研究发现，金属镍纳米材料的形貌不同，其电化学活性以及催化特性不同。因此镍纳米形貌的可控制备是镍纳米材料在上述领域应用的一个关键技术。另外由于纳米金属镍的表面活性对电催化等相关应用影响较大，因此需要制备获得的金属纳米薄片表面洁净，无其他物质，特别是有机形貌控制剂覆盖而失效，因此纳米镍薄片制备需要在无有机形貌控制剂的环境中合成。而目前较薄的金属镍纳米薄片的制备报道尚未发现。本专利技术利用还原剂还原具有片层结构的金属盐，并缓慢还原在碱性条件下氨水络合的金属离子，从而形成较薄且片状尺寸较大的金属纳米薄片。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种金属纳米薄片的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将质量分数为25％～28％的浓氨水加入6～10mmol/L的氯化镍溶液中，然后加入100～150mmol/L的NaOH溶液，再加入质量分数为60～80％的水合肼溶液，搅拌混合均匀，得到混合溶液；步骤二、将混合溶液转入水热反应釜的内衬中，密封，在80～120℃恒温12～24小时，得到粗镍纳米片；步骤三、将粗镍纳米片在纯水和乙醇中反复清洗多次，干燥，得到镍纳米片。优选的是，所述氯化镍水溶液与浓氨水的体积比为2～10:1；所述氯化镍水溶液与NaOH溶液的体积比为1～3:1～3；所述氯化镍水溶液与水合肼溶液的体积比为4～8:1。优选的是，在所述水热反应釜的内衬中放入基底；所述基底为导电玻璃或表面镀有二氧化钛的薄膜。优选的是，所述浓氨水加入氯化镍水溶液中的速度为0.5～1mL/min。优选的是，将所述氯化镍水溶液采用氯化钯溶液、氯化锌溶液、氯化钴溶液、硝酸铋溶液、硝酸锆溶液、氯化锰溶液、硝酸铬溶液、硝酸镉溶液中的任意一种代替。优选的是，将所述水合肼溶液采用硼氢化钠溶液、甲酸铵溶液、甲酸钠溶液、葡萄糖溶液、次亚磷酸钠溶液、抗坏血酸溶液、苯三酚溶液、淀粉溶液、蔗糖溶液中的任意一种代替。优选的是，所述步骤一和步骤二之间还包括以下过程：将混合溶液置于带搅拌的密封容器中，向其中通入氮气使溶液中氮气饱和，然后将该密封容器置于电子加速器中进行辐照搅拌处理1～3小时，得到预处理混合溶液。优选的是，所述电子加速器的电子束能量为10～15MeV；所述电子束辐照的辐照剂量率为200～1000kGy/h，辐照剂量为100～1000kGy。优选的是，所述干燥采用冷冻干燥；所述冷冻干燥的过程为：步骤Ⅰ、镍纳米片预冷冻：冷冻温度-20～-30℃，冷冻时间1～2小时；步骤Ⅱ、将预冷冻后的镍纳米片升温至25℃，保持1～2小时；步骤Ⅲ、冷冻干燥：将步骤Ⅱ得到的镍纳米片加入真空冷冻干燥机中，设置冷阱温度为-50～-80℃，真空度为500mpa～50pa，冷冻干燥时间1～2h，得到镍纳米片。优选的是，所述步骤二的过程替换为：在超临界反应装置中放入基底，将混合溶液加入超临界反应装置中，在体系密封后通入二氧化碳至20～40MPa、温度50～60℃的条件下反应1～3小时，然后卸去二氧化碳压力，温度为80～90℃，密封2～5小时，然后再次注入二氧化碳至压力为50～60MPa，温度为80～90℃，密封2～5小时，卸压，得到在基底上生长的粗镍纳米片。本专利技术利用液相化学还原法，具有设备简单、条件温和、过程简洁、生产效率高等优势。常用的纳米金属合成还原剂有水合肼、硼氢化钠、硼氢化钾等以及部分有机还原剂，其中，硼氢化钠和硼氢化钾的还原性较强，还原的速率较快，使得反应不易控制，且得到的产物为Ni-B复合物，非镍单质。有机还原剂的速率太慢且产物不易清洗。而水合肼的还原能力随环境碱性的增强而增大，便于控制反应速率，其氧化产物为N2，不污染产物，是理想的还原剂。本专利技术在不使用任何表面活性剂和形貌控制剂的条件下，利用氨水作为离子络合剂，在氢氧化钠形成的强碱性环境中，利用水合肼缓慢还原Ni2+得到了多种金属镍的纳米结构，其尺寸宽度最大超过400nm，厚度接近10nm，相比单纯的NaOH碱性环境下，其宽厚比增加，另外氨水具有较好的挥发性，因此通过此方法可以获得较为理想的二维纳米镍金属片。目前利用很多方法是通过有机表面活性剂制备纳米薄片，会造成生成的纳米片的表面有机活性剂很难去除，从而造成其在表面化学方面的应用受到很大的影响。本专利技术专利具通过较为温和的条件，在没有表面活性及的参与下，通过控制合适的镍源浓度，以及溶液的碱性条件，以及氨水的络合作用，控制适量的可挥发还原剂，在特定温度范围内，制备得到镍金属纳米薄片相比在单纯的碱性环境下，通过氨水的加入，可以得到横向尺寸更大，厚度较薄的金属镍纳米薄片，其宽厚比更大。本专利技术通过引入氨水作为络合剂，利用液相法直接制备镍金属纳米薄片，无有机表面活性剂参与，制备得到的金属纳米薄片厚度薄，特征尺寸较大，其宽厚比更大，且可以大规模生产，制备溶液中主要还有可挥发性反应物以及水溶性较好的盐溶液，因此产物易于清洗获得干净的表面。此外，溶液反映温度约90度，因此反映较为温和。所以本专利技术提供的技术方案所制备的产品质量高，成本较低，其能够大规模生产。本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术通过一个温和无有机表面活性剂的方法，通过自发生长制备获得镍金属纳米薄片，其厚度可以控制在10纳米以下，制备镍纳米薄片质量较高，表面无活性剂覆盖，且成本低，适合大批量生产。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明：图1为本专利技术金属纳米薄片的制备方法的工艺流程图；图2为本专利技术实施例1制备的金属纳米薄片的SEM图；图3为本专利技术实施例1制备的金属纳米薄片的SEM图；图4为本专利技术实施例2制备的金属纳米薄片的SEM图；图5为本专利技术实施例3制备的金属纳米薄片的SEM图；图6为本专利技术实施例4制备的金属纳米薄片的SEM图；图7为本专利技术实施例5制备的金属纳米薄片的SEM图。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。实施例1：一种金属纳米薄片的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将质量分数为25％的浓氨水2mL加入氯化镍溶液中，然后加入0.05gNaOH，再加入质量分数为80％的水合肼溶液2mL，搅拌混合均匀，得到混合溶液；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属纳米薄片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将质量分数为25％～28％的浓氨水加入6～10mmol/L的氯化镍溶液中，然后加入50～150mmol/L的NaOH溶液，再加入质量分数为60～80％的水合肼溶液，搅拌混合均匀，得到混合溶液；步骤二、将混合溶液转入水热反应釜的内衬中，密封，在80～120℃恒温12～24小时，得到粗镍纳米片；步骤三、将粗镍纳米片在纯水和乙醇中反复清洗多次，干燥，得到镍纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种金属纳米薄片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将质量分数为25％～28％的浓氨水加入6～10mmol/L的氯化镍溶液中，然后加入50～150mmol/L的NaOH溶液，再加入质量分数为60～80％的水合肼溶液，搅拌混合均匀，得到混合溶液；步骤二、将混合溶液转入水热反应釜的内衬中，密封，在80～120℃恒温12～24小时，得到粗镍纳米片；步骤三、将粗镍纳米片在纯水和乙醇中反复清洗多次，干燥，得到镍纳米片。2.如权利要求1所述的金属纳米薄片的制备方法，其特征在于，所述氯化镍水溶液与浓氨水的体积比为2～10:1；所述氯化镍水溶液与NaOH溶液的体积比为1～3:1～3；所述氯化镍水溶液与水合肼溶液的体积比为4～8:1。3.如权利要求1所述的金属纳米薄片的制备方法，其特征在于，在所述水热反应釜的内衬中放入基底；所述基底为导电玻璃或表面镀有二氧化钛的薄膜。4.如权利要求1所述的金属纳米薄片的制备方法，其特征在于，所述浓氨水加入氯化镍水溶液中的速度为0.5～1mL/min。5.如权利要求1所述的金属纳米薄片的制备方法，其特征在于，将所述氯化镍水溶液采用氯化钯溶液、氯化锌溶液、氯化钴溶液、硝酸铋溶液、硝酸锆溶液、氯化锰溶液、硝酸铬溶液、硝酸镉溶液中的任意一种代替。6.如权利要求1所述的金属纳米薄片的制备方法，其特征在于，将所述水合肼溶液采用硼氢化钠溶液、甲酸铵溶液、甲酸钠溶液、葡萄糖溶液、次亚磷酸钠溶液、抗坏血酸溶液、苯三酚溶液、淀粉溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡海龙，郑奎，李玉禾，刘文华，马国华，张行泉，郭宝刚，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51