一种β-氢氧化镍/氧化铁超薄纳米片、及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种β‑氢氧化镍/氧化铁超薄纳米片、及其制备方法，该纳米片物相为β‑氢氧化镍，纳米片的厚度为10‑20纳米，所述的纳米片的直径为50‑150纳米，包括以下步骤：将可溶性镍盐的水溶液和氢氧化钠水溶液混合，水铁矿为活性剂，充分搅拌均匀，得前驱体溶液；将前驱体溶液升温进行水热反应，反应后所得产物即为β‑氢氧化镍纳米片，本发明专利技术通过一步水热反应法，制得β‑氢氧化镍/氧化铁超薄纳米片，无需使用有机溶剂，制作方法简单，可重复性强、产量高、成本低，环保绿色；另外，所得纳米片为β相，通过严格控制镍源、碱源、铁源之间的不同配比，以及反应的温度，从而得到晶形较好，稳定性好、结晶度高，形貌均一、尺寸分布较为均匀的氢氧化镍超薄纳米片。

A beta nickel hydroxide / iron oxide ultra-thin nanosheet and preparation method thereof

The present invention relates to a kind of ultra-thin nano-sheet of beta-nickel hydroxide/ferric oxide and its preparation method. The nano-sheet phase is beta-nickel hydroxide, the thickness of the nano-sheet is 10-20 nm, and the diameter of the nano-sheet is 50-150 nm. The nano-sheet comprises the following steps: mixing the aqueous solution of soluble nickel salt with the aqueous solution of sodium hydroxide, and water. The precursor solution is obtained by fully stirring the iron ore as the active agent, and the precursor solution is heated up for hydrothermal reaction, and the product after the reaction is nickel hydroxide nanosheet. The preparation method of the ultra-thin nanosheet of nickel hydroxide/iron oxide by one-step hydrothermal reaction is simple without using organic solvent. In addition, the obtained nanosheets are beta-phase, and the nickel hydroxide super-super-super-super-super-particles with good crystal shape, good stability, high crystallinity, uniform morphology and uniform size distribution can be obtained by strictly controlling the ratio of nickel, alkali and iron sources, and reaction temperature. Thin nanosheets.

【技术实现步骤摘要】
一种β-氢氧化镍/氧化铁超薄纳米片、及其制备方法
本专利技术涉及一种纳米材料
，尤其是一种β-氢氧化镍/氧化铁超薄纳米片、及其制备方法。
技术介绍
近年来，由于人们对纳米材料的需求不断提高，使纳米材料的研发得到了快速的发展，并且广泛的应用在涂料、传统材料、电子设备、医疗器材等领域。值得一提的是复合纳米材料由于其独特的结构和尺寸，从而在电学、力学、热学、光学和磁学性能方面表现出不同于一般宏观材料，还可能具有原组分不具备的特殊性能和功能。过渡金属的氢氧化合物是一种重要的矿物材料，它有大量的应用，特别是在催化、电催化反应上。纳米氢氧化镍的粒径小，比表面积大，能够增加与电解质溶液的接触面，减小质子在固相中的扩散距离，可以明显提高镍系电极催化性能。因此，合成出高催化活性的纳米Ni(OH)2电极活性材料已成为国内外研究的热点。Ni(OH)2具有较多不同的相类型，常见的有，α-氢氧化镍和β-氢氧化镍，而β-氢氧化镍在强碱溶液下的稳定性比α相要高，因而β-氢氧化镍是一种碱性电解液电催化非贵金属性能较好电催化剂，β-氢氧化镍的电催化性能与其微观形貌和尺寸密切相关。现有技术中，主要采用化学或结构的改性等方法来提高氢氧化镍作为OER电催化剂的相关性能，现有的氢氧化镍的形貌往往是颗粒状或片层厚度较厚的片状，这种结构的氢氧化镍纳米片的比表面积小，因而作为电催化剂具有电化学活性位点暴露不足的缺点，现有技术主要采用加入有机表面活性剂等方法来调控氢氧化镍的形貌和尺寸，从而改善氢氧化镍的形貌和尺寸，但是有机物对环境污染大，而且制备过程较为繁琐，成本较高，其中，水热合成法是液相制备纳米材料的方法之一，现有技术对水热法合成氢氧化镍纳米片有所报道，如公开号为CN103342396A的中国申请专利公开了一种微波液相合成类石墨烯超薄二维氢氧化镍纳米材料的方法，先将可溶性镍盐和碱试剂分别溶于亲水性试剂中，待充分溶解后按照混合后溶液中二价镍离子和氢氧根离子的摩尔比为1:(1～8)共同加入反应容器中，搅拌，在微波激发加热条件下冷凝回流，自然冷却至室温后离心分离。然后用去离子水和无水乙醇洗涤数次后放入真空干燥箱干燥后便得到二维氢氧化镍纳米材料。所述方法虽然具有合成温度低、反应时间段的优点，但是该方法需要微波加热和冷凝回流，合成设备较为复杂，而且采用微波加热不均匀、容器容易爆裂，不适于工业化生产。因此，一种工艺简单、条件温和的制备氢氧化镍纳米的方法是研究的重点所在。专利CN105347406A公开了一种液相合成氢氧化镍超薄纳米片的制备方法，通过将可溶性镍盐溶于水中，制备成镍盐水溶液；将乙醇胺用水稀释，制备成乙醇胺水溶液；将镍盐水溶液和乙醇胺水溶液混合，得到氢氧化镍纳米片母液，静置0.5h即得到超薄氢氧化镍纳米片。YushanYan等人用水热合成发制备了β相氢氧化镍纳米片，将硝酸镍溶于丙酮溶液中得到硝酸镍丙酮溶液，将油胺和乙醇溶液混合得到油胺乙醇溶液，把硝酸镍丙酮溶液和油胺乙醇溶液混合，搅拌0.5h，然后用水热反应釜在180℃条件下反应15h后自然冷却到室温，分别用环己烷、去离子水和乙醇洗涤数次，放入干燥箱中，在60℃条件下干燥6h得到氢氧化镍纳米片。然而，这些制备方法都不可避免地使用了有机溶剂，如乙醇胺、油胺和丙酮等，不仅对人体有害，而且会对环境造成污染，而且制备成本高。MaryW.Louie和AlexisT.Bell等人，将镍和铁通过电化学沉积法在金电极上镀一层镍/铁膜来研究镍/铁的电催化析氧活性。这种方法较复杂，而且膜的厚度难以控制。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种形态可控、分散度好的β-氢氧化镍/氧化铁超薄纳米片、及其制备方法，该方法简单，不使用有机溶剂、无需高温烧结、成本低、绿色环保。本专利技术的技术方案为：一种β-氢氧化镍/氧化铁超薄纳米片，该纳米片物相为β-氢氧化镍，所述纳米片的厚度为10-20纳米，所述的纳米片的直径为50-150纳米。本专利技术还提供一种β-氢氧化镍/氧化铁超薄纳米片的制备方法，包括以下步骤：S1)、将可溶性镍盐与去离子水配置成水溶性镍盐水溶液，然后将水铁矿加入可溶性镍盐水溶液中，搅拌0.5h，使水铁矿充分吸附二价镍离子，其中，水铁矿与可溶性镍盐的摩尔比为1-500:4000；S2)、然后将氢氧化钠水溶液加入到步骤S1)的混合溶液中，充分搅拌均匀，得前驱体溶液；S3)、将前驱体溶液升温至110-180℃，进行水热反应6-10h；S4)、反应后自然冷却至室温，将冷却后的样品进行离心分离，用水和乙醇分别洗涤3次，得到β-氢氧化镍/氧化铁纳米片；S5)、取一定量的β-氢氧化镍/氧化铁纳米片粉末，并加入适量的去离子水，异丙醇和粘结剂，然后放到超声仪里超声1h混匀后用移液枪移取适量混合溶液滴到旋转圆盘电极上，待溶液干燥后进行循环伏安法测试。进一步的，上述技术方案中，步骤S1)中，可将可溶性镍盐的水溶液和氢氧化钠水溶液混合后，再加入水铁矿作为活性剂。进一步的，上述技术方案中，步骤S1)中，可溶性镍盐为NiSO4·6H2O。进一步的，上述技术方案中，步骤S1)中，可溶性镍盐与氢氧化钠水溶液的摩尔比为0.01-1:10。进一步的，上述技术方案中，步骤S1)中，所述可溶性镍盐为硝酸镍、硫酸镍、醋酸镍和氯化镍中的一种或者几种的混合。进一步的，步骤S3)中，所述β-氢氧化镍/氧化铁纳米片的厚度为10-20nm。进一步的，步骤S3)中，所述β-氢氧化镍/氧化铁纳米片的尺寸为50-150nm。进一步的，步骤S5)中，加入的β-氢氧化镍/氧化铁纳米片粉末的量为2-10mg，去离子水的量为0-1.5mL，异丙醇的量为1.5-0mL,粘结剂为Nafion溶液，用量为15-50μL。进一步的，步骤S5)中，混结合溶液滴到旋转圆盘电极后，放到真空槽在室温下干燥0.5h。进一步的，步骤S5)中，循环伏安法测试电压为0-1V，扫速为50mVs-1，旋转圆盘的转速为900-2500rpm，使用的电解液为0.1-1mol/L的氢氧化钠溶液。本专利技术的有益效果为：通过一步水热反应法，制得β-氢氧化镍/氧化铁超薄纳米片，无需使用有机溶剂，简化了工艺操作，制作方法简单，易操作，可重复性强、易于控制、产量高、成本低，环保绿色；另外，所得纳米片为β相，通过严格控制镍源、碱源、铁源之间的不同配比，以及反应的温度，从而得到晶形较好，稳定性好、结晶度高，形貌均一、尺寸分布较为均匀的氢氧化镍超薄纳米片，在能源存储和转换及环境相关的领域有着广泛的应用前景，特别是在电催化产氧的催化剂方面，应用范围广。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的β-氢氧化镍/氧化铁纳米片的扫描电子显微镜图；图2为本专利技术实施例1制备β-氢氧化镍/氧化铁纳米片的X射线衍射图谱；图3为实施例1制备的β-氢氧化镍/氧化铁超薄纳米片的循环伏安曲线和不加铁源制备产物的循环伏安曲线对比图；图4为实施例9制备的产物的扫描电子显微镜图；图5为实施例9制备的产物的循环伏安曲线和加入水铁矿的循环伏安曲线对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：实施例1一种β-氢氧化镍/氧化铁超薄纳米片的制备方法，包括以下步骤：S1)、将1.6mmol的可溶性镍盐NiSO4·6H2O溶于20mL的去离子水中配本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种β‑氢氧化镍/氧化铁超薄纳米片，其特征在于：该纳米片物相为β‑氢氧化镍，所述纳米片的厚度为10‑20纳米，所述的纳米片的直径为50‑150纳米。

【技术特征摘要】
1.一种β-氢氧化镍/氧化铁超薄纳米片，其特征在于：该纳米片物相为β-氢氧化镍，所述纳米片的厚度为10-20纳米，所述的纳米片的直径为50-150纳米。2.根据权利要求1所述的一种β-氢氧化镍/氧化铁超薄纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)、将可溶性镍盐与去离子水配置成水溶性镍盐水溶液，然后将水铁矿加入可溶性镍盐水溶液中，搅拌0.5h，使水铁矿充分吸附二价镍离子，其中，水铁矿与可溶性镍盐的摩尔比为1-500:4000；S2)、然后将氢氧化钠水溶液加入到步骤S1)的混合溶液中，充分搅拌均匀，得前驱体溶液；S3)、将前驱体溶液升温至110-180℃，进行水热反应6-10h；S4)、反应完成后，自然冷却至室温，将冷却后的样品进行离心分离，用水和乙醇分别洗涤3次，得到β-氢氧化镍/氧化铁纳米片；S5)、取一定量的β-氢氧化镍/氧化铁纳米片粉末，并加入适量的去离子水，异丙醇和粘结剂，然后放到超声仪里超声1h混匀后用移液枪移取适量混合溶液滴到旋转圆盘电极上，待溶液干燥后进行循环伏安法测试。3.根据权利要求2所述的一种β-氢氧化镍/氧化铁超薄纳米片的制备方法，其特征在于：步骤S1)中，可先将可溶性镍盐的水溶液和氢氧化钠水溶液混合后，再加入水铁矿作为活性剂。4.根据权利要求2所述的一种β-氢氧化镍/氧化铁超薄纳米片的制备方法，其特征在于：步骤S1)中，可溶性...

【专利技术属性】
技术研发人员：张弛，谢卓鸿，张忠华，曾庆光，付兴杰，程惠，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东,44