一种高熵氧化物纳米颗粒单层超晶格的制备方法技术

本发明专利技术涉及无机材料技术领域，尤其涉及一种高熵氧化物纳米颗粒单层超晶格的制备方法。其主要针对在制备高熵氧化物纳米颗粒单层超晶格过程中会受到金属组分数或种类的限制问题，提出如下技术方案：步骤一：无机盐模板的制备；步骤二：多元油酸盐前驱体制备；步骤三：无机盐包覆的高熵氧化物纳米颗粒超晶格的制备；步骤四：高熵氧化物纳米颗粒超晶格的制备。本发明专利技术合成方法简单，原料成本较低，可实现大批量制备，不会受到金属组分数或种类的限制，可以将其方法拓展到一元至五元不同金属组分的过渡金属氧化物纳米颗粒中，有效发挥了多金属之间的协同耦合效应。之间的协同耦合效应。之间的协同耦合效应。

【技术实现步骤摘要】
次，将上层有机层转移至茄型瓶中，利用旋蒸装置分离出低沸点溶剂，在真空烘箱中过夜干燥，最终得到的棕色粘稠液体即为多元油酸盐前驱体；
[0008]步骤三：无机盐包覆的高熵氧化物纳米颗粒超晶格的制备；在玻璃瓶中将步骤二所得的多元油酸盐前驱体溶于正己烷，得到棕色的多元油酸盐前驱体溶液，与步骤一所得的无机盐模板进行充分混合，然后在氮气气氛下进行高温煅烧，使得多元油酸盐前驱体原位热解形成相应的高熵氧化物纳米颗粒，即可得到包覆于无机盐表面的高熵氧化物纳米颗粒超晶格；
[0009]步骤四：高熵氧化物纳米颗粒超晶格的制备；将步骤三所得的包覆于无机盐表面的高熵氧化物纳米颗粒超晶格溶于去离子水中，利用水洗除去无机盐模板，重复3次后得到自支撑的单层高熵氧化物纳米颗粒超晶格。
[0010]优选的，所述步骤一中无机盐为氯化钠、氯化钾、氯化镁中的一种或多种。
[0011]优选的，所述步骤一中无机盐和去离子水的质量比例约为1:3。
[0012]优选的，所述步骤二中五种金属无机盐前驱体为：六水合氯化铁、六水合氯化钴、四水合氯化锰、氯化锌、六水合氯化铝，六水合氯化铁、六水合氯化钴、四水合氯化锰、氯化锌、六水合氯化铝的摩尔比例为1:1:1:1:1。
[0013]优选的，所述步骤二中去离子水、乙醇、正己烷的体积比为1:1:2。
[0014]优选的，所述步骤三中多元油酸盐前驱体与无机盐模板质量比例为1:20。
[0015]优选的，所述步骤三中高温煅烧的温度为400℃，煅烧时间为120分钟，升温速率为2℃/min。
[0016]优选的，所述五种金属无机盐前驱体具体包括以下重量份：六水合氯化铁2.2
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10.8g、六水合氯化钴0
‑
4.7g、四水合氯化锰0
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2.6g、氯化锌0
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1.36g、六水合氯化铝0
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2.1g。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益的技术效果：
[0018]1、本专利技术通过无机盐作为二维片层结构模板，使得多元金属油酸盐前驱体在无机盐模板内部原位热解为单层高熵氧化物纳米颗粒超晶格，通过改变多元金属油酸盐的组成，可以获得不同成分以及组分数的高熵氧化物纳米颗粒；当其作为催化剂用于电催化析氧反应时，由于元素组成的复杂性从而利于发挥出多种不同金属之间的协同效应，表现出明显提高的催化活性；同时，设计并合成高熵氧化物纳米颗粒组成的单层超晶格结构，可以有效增大材料的比表面积，利于表面活性位点的充分暴露，并且发挥出区别于单个颗粒的集体效应，对反应活性和稳定性均有进一步明显的提升；
[0019]2、本专利技术合成多元金属油酸盐作为形成纳米颗粒的前驱体过程中，不会受到金属组分数或种类的限制，可以将其方法拓展到一元至五元不同金属组分的过渡金属氧化物纳米颗粒中，有效发挥了多金属之间的协同耦合效应，另外单层纳米颗粒超晶格结构，可以有效增大材料的比表面积，利于表面活性位点的充分暴露，并且发挥出区别于单个颗粒的集体效应，对于电催化析氧反应展现出了超越商业催化剂二氧化钌的催化活性；
[0020]3、综上所述，本专利技术合成方法简单，原料成本较低，可实现大批量制备。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例一制备的单层高熵氧化物纳米颗粒超晶格的扫描电镜照片；
[0022]图2为本专利技术实施例一制备的单层高熵氧化物纳米颗粒超晶格的透射电镜照片；
[0023]图3为本专利技术实施例一制备的单层高熵氧化物纳米颗粒超晶格的能谱面扫描图片；
[0024]图4为本专利技术实施例一制备的单层高熵氧化物纳米颗粒超晶格的粉末衍射谱图；
[0025]图5为本专利技术实施例一制备的单层高熵氧化物纳米颗粒超晶格的线性扫描伏安曲线；
[0026]图6为本专利技术实施例一制备的单层高熵氧化物纳米颗粒超晶格的恒电压极化曲线。
具体实施方式
[0027]下文结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明。
[0028]实施例一
[0029]如图1
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6所示，本专利技术提出的一种高熵氧化物纳米颗粒单层超晶格的制备方法，包括以下步骤：
[0030]步骤一：取60g无机盐溶于200mL去离子水中，超声下搅拌至无机盐晶体完全溶解得到澄清透明的溶液。将该溶液放置在液氮桶内进行快速冻干，之后放置在冷冻干燥机中进一步冷冻干燥除去残余水分，当无机盐由晶体颗粒转变为蓬松的白色粉末后，从冷冻干燥箱中取出，放置在干燥容器中储存，待用；
[0031]步骤二：铁钴锰锌铝多元金属油酸盐的合成。向三颈烧瓶中依次加入2.2g六水合氯化铁，1.9g六水合氯化钴，1.6g四水合氯化锰，1.1g氯化锌，2.1g六水合氯化铬，继续加入60mL去离子水使金属盐完全溶解。随后依次加入60mL乙醇、36.5g油酸钠和120mL正己烷，在70℃回流状态下反应4小时。待反应液冷却至室温后，将其转移至分液漏斗中，加入适量去离子水以除去未反应的金属盐前驱体和油酸钠，通过摇匀混合后静置分液除去下层水层，重复上述操作3
‑
5次，将上层有机层转移至茄型瓶中，利用旋蒸装置分离出低沸点溶剂，在真空烘箱中过夜干燥，最终得到的棕色粘稠液体即为多元油酸盐前驱体；
[0032]步骤三：在玻璃瓶中将步骤二所得的2g多元油酸盐前驱体溶于5mL正己烷，得到棕色的多元油酸盐前驱体溶液，和步骤一所得的20g无机盐模板进行充分混合，然后在氮气气氛下进行400℃高温煅烧，使得多元油酸盐前驱体原位热解形成相应的高熵氧化物纳米颗粒，即可得到包覆于无机盐表面的高熵氧化物纳米颗粒超晶格；
[0033]步骤四：将步骤三所得的包覆于无机盐表面的高熵氧化物纳米颗粒超晶格溶于去离子水中，利用水洗除去无机盐模板，重复3次后得到自支撑的单层高熵氧化物纳米颗粒超晶格。
[0034]本实施例中，从图1中可以看出，得到的单层高熵氧化物纳米颗粒超晶格结构尺寸在2
‑
5μm左右；
[0035]结合图2可以看出，高熵氧化物纳米颗粒的粒径约为7nm；
[0036]从图3中可以看出，铁、钴、锰、锌、铝五种元素均匀地分布在单层的超晶格材料中；
[0037]从图4中可以看出，由于多元素的引入，结晶度略有下降，表现为五种氧化物的混合相；
[0038]测试在1MKOH溶液中进行，从图5中可以看出，催化剂在电流密度为10时，过电位为290mV，性能明显优于商业化的二氧化钌催化剂；
[0039]从图6中可以看出，在恒电压条件下经过20小时测试后，电流没有发生明显衰减，证明了该催化剂良好的循环稳定性。
[0040]实施例二
[0041]本专利技术提出的一种高熵氧化物纳米颗粒单层超晶格的制备方法，本实施例还包括以下步骤：
[0042]步骤一：无机盐模板的制备：取60g无机盐溶于200mL去离子水中，超声下搅拌至无机盐晶体完全溶解得到澄清透明的溶液；将该溶液放置在液氮桶内进行快速冻干，之后放置在冷冻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高熵氧化物纳米颗粒单层超晶格的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一：无机盐模板的制备；取无机盐溶于去离子水中，超声下搅拌至无机盐晶体完全溶解得到澄清透明的溶液；将该溶液放置在液氮桶内进行快速冻干，之后放置在冷冻干燥机中进一步冷冻干燥除去残余水分，当无机盐由晶体颗粒转变为蓬松的白色粉末后，从冷冻干燥箱中取出，放置在干燥容器中储存，待用；步骤二：多元油酸盐前驱体制备；向三颈烧瓶中依次加入五种金属盐前驱体，继续加入适量去离子水使金属盐完全溶解；随后依次加入乙醇、油酸钠和正己烷，在70℃回流状态下反应4小时；待反应液冷却至室温后，将其转移至分液漏斗中，加入去离子水以除去未反应的金属盐前驱体和油酸钠，通过摇匀混合后静置分液除去下层水层，重复上述操作3
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5次，将上层有机层转移至茄型瓶中，利用旋蒸装置分离出低沸点溶剂，在真空烘箱中过夜干燥，最终得到的棕色粘稠液体即为多元油酸盐前驱体；步骤三：无机盐包覆的高熵氧化物纳米颗粒超晶格的制备；在玻璃瓶中将步骤二所得的多元油酸盐前驱体溶于正己烷，得到棕色的多元油酸盐前驱体溶液，与步骤一所得的无机盐模板进行充分混合，然后在氮气气氛下进行高温煅烧，使得多元油酸盐前驱体原位热解形成相应的高熵氧化物纳米颗粒，即可得到包覆于无机盐表面的高熵氧化物纳米颗粒超晶格；步骤四：高熵氧化物纳米颗粒超晶格的制备；将步骤三所得的包覆于无机盐表面的高熵氧化物纳米颗粒超晶格溶于去离子水中，利用水洗除去无机盐模板，重复3次后得到自支撑的单层高熵氧化物纳米颗粒超晶格。2.根据权利要求1所述的一种高熵氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨东，邓雨薇，
申请(专利权)人：上海旦元新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：