一种超薄片层材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种超薄片层材料的制备方法及应用，所述超薄片层材料由金属钌盐与修饰有不同种类官能团的纤维素发生快速自组装反应而获得，所制得的超薄片层材料厚度均匀，颜色呈深褐色，形态似紫菜状，薄片厚度介于1～3nm之间，晶体学特征显示为无定形态结构。本发明专利技术的制备方法操作简便，可实现快速批量制备，且成本较低，不需要使用有机溶剂和表面活性剂，对环境友好；得到的超薄片层材料经与碳载体进一步复合热处理后可作为酸性析氢催化剂，在酸性介质下的析氢反应中表现出较优的催化活性。活性。活性。

【技术实现步骤摘要】
一种超薄片层材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及纳米材料的制备方法及电催化
，特别是涉及一种超薄片层材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]相对于块体材料而言，二维片薄层材料由于具有较大的比表面积，在催化、能量储存与转化、环境治理及生物医药等领域具有广泛的应用潜力。尤其是在催化应用中，其较大的比表面积有利于活性位点的暴露，同时其薄层状的结构亦有利于反应中电荷转移和物质传输，能显著加快催化反应的进行。
[0003]在电解水反应中，阳极析氧反应的动力学速率要远慢于阴极析氢反应，成为了目前导致电解水制氢成本居高不下、难以匹敌传统化学重整制氢成本的主要原因之一，在很大程度上掣肘了电解水技术的大规模推广和应用。因而，发展高效、低成本的析氢催化剂以提高电解水析氢效能至关重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种超薄片层材料的制备方法及应用，所述制备方法操作简单，可实现快速批量制备，且制备成本较低，无需使用有机溶剂和表面活性剂，对环境友好，同时所得到的超薄片层材料经进一步热处理后可作为析氢催化剂，在催化酸性析氢反应中表现出较优的活性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0006]一种超薄片层材料的制备方法，包括：首先将修饰有烷基官能团的纤维素在常温条件下搅拌溶解于去离子水中，形成浓度为5～100mg/ml的无色透明黏性纤维素胶状溶液，随后将金属钌盐配置成浓度为0.01～2mmol/L的溶液，在以100～800rpm/min的速率搅拌的同时将金属钌盐溶液滴入所述无色透明黏性纤维素胶状溶液中，随后用去离子水进行置换清洗以去除剩余的纤维素分子，获得纯化的超薄片层材料。
[0007]作为上述方案的进一步改进，所述修饰有烷基官能团的纤维素为甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素和羟乙基纤维素中的至少一种；所述金属钌盐为三氯化钌、醋酸钌、水合五氯钌酸钾、六氯钌酸铵和氯化六氯合钌中的至少一种。
[0008]作为上述方案的进一步改进，所述无色透明黏性纤维素胶状溶液的浓度为10mg/mL，所述金属钌盐溶液的浓度为0.1mmol/L。
[0009]作为上述方案的进一步改进，将金属钌盐溶液滴入无色透明黏性纤维素胶状溶液时的搅拌速率为500rpm/min。
[0010]作为上述方案的进一步改进，所述超薄片层材料的厚度为1～3nm。
[0011]本专利技术第二方面在于提供一种通过如上所述制备方法制备得到的超薄片层材料。
[0012]本专利技术所制备的超薄片层材料厚度均匀，颜色为深褐色，形态类似紫菜状，薄片厚度介于1～3nm之间，晶体学特征显示为无定形态结构。
[0013]本专利技术第三方面在于提供如上所述的超薄片层材料用于制备析氢反应催化剂的用途。
[0014]具体的，所述用途为超薄片层材料经与碳载体在无水乙醇中进行超声复合及热解后应用于酸性介质下电解水析氢反应的催化。
[0015]作为上述方案的进一步改进，将超薄片层材料与碳载体在无水乙醇中进行超声复合，超声时间为10～60分钟，超薄片层材料中金属钌与碳载体超声复合的质量比为1:10～1:40，随后进行干燥及热处理，热处理气氛为体积分数5～20％的氮气或氢氩混合气，热处理温度为200、300、400、500、600或700℃，热处理时间为0.5～2小时。
[0016]作为上述方案的进一步改进，所述超声时间为30分钟，所述超薄片层材料中金属钌与碳载体超声复合的质量比为1:10；所述碳载体为炭黑(Carbot XC
‑
72R)、乙炔黑、活性炭、石墨烯、碳纳米管中的至少一种；所述热处理气氛为氮气，热处理温度为300℃，热处理时间为1小时。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0018]本专利技术的制备方法操作简易，条件温和，易于批量制备，对环境友好，得到的超薄片层材料比表面积大，经与碳载体热解复合后有利于金属活性位点的均匀分散和暴露，作为电解水析氢催化剂在催化酸性电解水析氢反应中具有较优的活性。
附图说明
[0019]图1a为实施例1中所制备的超薄片层材料Ru
‑
NS的数码图片；
[0020]图1b为实施例1中所制备的超薄片层材料Ru
‑
NS的扫描电子显微图像(SEM)；
[0021]图2为实施例1中所制备的超薄片层材料Ru
‑
NS的X射线衍射图(XRD)；
[0022]图3为实施例1
‑
4所制备的超薄片层材料与碳载体复合后所制备相应电催化剂(Ru
‑
NS/C
‑
1，Ru
‑
NS/C
‑
2，Ru
‑
NS/C
‑
3，Ru
‑
NS/C
‑
4,Ru
‑
NS/C
‑
5,Ru
‑
NS/C
‑
6,Ru
‑
NS/C
‑
7)的X射线衍射图(XRD)；
[0023]图4为实施例1
‑
4所制备的超薄片层材料与碳载体复合后所制备相应电催化剂(Ru
‑
NS/C
‑
1，Ru
‑
NS/C
‑
2，Ru
‑
NS/C
‑
3，Ru
‑
NS/C
‑
4,Ru
‑
NS/C
‑
5,Ru
‑
NS/C
‑
6,Ru
‑
NS/C
‑
7)的线性扫描伏安曲线图(LSV)。
具体实施方式
[0024]为更好的说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0025]实施例1：
[0026]取30mg甲基纤维素溶于3mL去离子水中，待形成透明溶液后，在搅拌状态下逐滴加入1mL浓度为0.02g/mL的三氯化钌水溶液，搅拌速率为500rpm/min，待深褐色三氯化钌溶液均转变为薄层片状形态之后，用适量去离子水进行置换清洗以去除剩余的纤维素分子，获得纯化的超薄片层材料(Ru
‑
NS)。待超薄片层材料干燥后，加入3mL乙醇进行超声处理30分钟，随后称取100mg炭黑(Carbot XC
‑
72R)加入上述分散体系中，继续超声30分钟，随后80℃干燥12小时，冷却后转移至管式炉中在氮气气氛下300℃热处理1小时，冷却收集，即得到析氢催化材料Ru
‑
NS/C
‑
1。
[0027]本实施例的超薄片层材料(Ru
‑
NS)的数码图片和扫描电镜图像分别如图1a和1b所示，X射线衍射图如图2所示；所制备的催化剂RuNS/C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超薄片层材料的制备方法，其特征在于，包括：首先将修饰有烷基官能团的纤维素在常温条件下搅拌溶解于去离子水中，形成浓度为5～100mg/ml的无色透明黏性纤维素胶状溶液，随后将金属钌盐配置成浓度为0.01～2mmol/L的溶液，在以100～800rpm/min的速率搅拌的同时将金属钌盐溶液滴入所述无色透明黏性纤维素胶状溶液中，随后用去离子水进行置换清洗以去除剩余的纤维素分子，获得纯化的超薄片层材料。2.根据权利要求1所述的超薄片层材料的制备方法，其特征在于，所述修饰有烷基官能团的纤维素为甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素和羟乙基纤维素中的至少一种；所述金属钌盐为三氯化钌、醋酸钌、水合五氯钌酸钾、六氯钌酸铵和氯化六氯合钌中的至少一种。3.根据权利要求1所述的超薄片层材料的制备方法，其特征在于，所述无色透明黏性纤维素胶状溶液的浓度为10mg/mL，所述金属钌盐溶液的浓度为0.1mmol/L。4.根据权利要求1所述的超薄片层材料的制备方法，其特征在于，将金属钌盐溶液滴入无色透明黏性纤维素胶状溶液时的搅拌速率为500rpm/min。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾黎明，吴岱丰，朱用洋，李睿，王英，唐仁衡，
申请(专利权)人：广东省科学院资源利用与稀土开发研究所，
类型：发明
国别省市：