一种面内零空位缺陷高熵纳米片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及新材料领域，旨在提供一种面内零空位缺陷高熵纳米片及其制备方法。本发明专利技术所述面内零空位缺陷高熵纳米片，其产品外观呈粉体状，其微观结构显示为不规则的纳米片结构，单层纳米片结构的厚度为10～20nm；该纳米片的分子式为(La

【技术实现步骤摘要】
一种面内零空位缺陷高熵纳米片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及新材料领域，具体涉及一种面内零空位缺陷高熵纳米片及其制备方法。

技术介绍

[0002]在矿井环境、化工生产等环境中，高温度、高湿度的腐蚀条件对于金属的侵蚀现象十分严重。涂层防腐作为一种简单、有效的防腐措施，目前广泛应用于金属保护。
[0003]在防腐涂料中，常常需要添加充分分散的纳米片状结构的粉体，以阻碍腐蚀剂的扩散，从而增加涂层的防腐效果。但现有纳米片状结构往往存在较多缺陷，特别是空位缺陷。具有腐蚀作用的离子往往可以利用缺陷实现快速扩散，从而在一定程度上削弱纳米片的防腐效果。
[0004]因此，亟需开发一种面内零空位缺陷的纳米片，以使纳米片更好地应用于涂层防腐领域，并能够拓展在催化等领域的应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是，提供一种面内零空位缺陷高熵纳米片及其制备方法。
[0006]为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：
[0007]提供一种面内零空位缺陷高熵纳米片，该纳米片产品的外观呈粉体状，其微观结构显示为不规则的纳米片结构，单层纳米片结构的厚度为10～20nm；该纳米片的分子式为(La
0.4
Nd
0.9
Y
0.7
)(Zr
1.3
,Mo
0.5
,Ti
0.4
,Cr
0.3
,W
0.2
,Ta
0.3
)O7。<br/>[0008]本专利技术进一步提供了前述面内零空位缺陷高熵纳米片的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)按摩尔比0.4∶0.3∶0.4∶0.5∶0.4∶0.7∶0.8∶0.5：0.4取La(NO3)3、Nd(NO3)3、Y(NO3)3、ZrOSO4、Na2MoO4、钛酸四正丁酯、CrCl3、Na2WO4和NaTaO3作为溶质；将溶质加入正丁醇、丙酮和四氢呋喃的混合溶剂中，溶质的总质量与溶剂的质量比为20％；搅拌均匀得到混合液一，备用；
[0010](2)按质量比1∶1∶1取氢氧化钾、碳酸锂、氢氧化铯为溶质，加至无水乙醇中；溶质的总质量与无水乙醇的质量之比为8.5％；搅拌均匀得到混合液二，备用；
[0011](3)按质量比7∶3取混合液一和混合液二；在搅拌和超声条件下，将混合液二一次性加入混合液一中；随后，进一步升温至90℃；持续超声搅拌并保温2～4小时，然后降温至室温，得到混合液三；
[0012](4)按质量比11∶1取混合液三和二甲基亚砜，在搅拌条件下，将二甲基亚砜一次性加入混合液三中，持续搅拌均匀；一次性加入去离子水，搅拌均匀得到混合液四，去离子水质量占混合液三和二甲基亚砜总质量的5％；
[0013](5)将混合液四加入电解池中，采用铂电极为电极，电极两端加12～18V电压，反应
20～50分钟后，得到混合液五；
[0014](6)按质量比1∶50取过硫酸钾和去离子水，将过硫酸钾溶解于去离子水中；将过硫酸钾的去离子水溶液一次性加入混合液五中，持续搅拌反应得到混合液六；其中，过硫酸钾去离子水溶液与混合液五的质量比为1.5∶100；
[0015](7)将混合液六加入水热釜中，密封并升温至130～150℃，保温6～8小时；然后降温至室温，得到混合液七；
[0016](8)将占混合液七质量5％的双氧水一次性加入混合液七中，并持续搅拌反应；离心收集粉体，并用去离子水与无水乙醇各清洗5次，烘干后得到粉体一；
[0017](9)将粉体一置于管式炉内，升温至300℃，保温2小时；然后降温至室温，通入纯度为99.99％的氧气，再升温至250℃，保温3小时；继续升温至450℃，保温1小时；持续通氧气，冷却至室温后，得到面内零空位缺陷的高熵纳米片粉体。
[0018]作为本专利技术的优选方案，所述步骤(1)的混合溶剂中，正丁醇、丙酮和四氢呋喃的质量比为0.1∶3∶0.4；搅拌时间为5～15分钟。
[0019]作为本专利技术的优选方案，所述步骤(2)中，搅拌时间为10～20分钟。
[0020]作为本专利技术的优选方案，所述步骤(4)中，两次搅拌的时间均为10～30分钟。
[0021]作为本专利技术的优选方案，所述步骤(6)中，搅拌时间为12～24小时。
[0022]作为本专利技术的优选方案，所述步骤(8)中，搅拌时间为2～4小时。
[0023]专利技术原理描述：
[0024]本专利技术所述面内零空位缺陷高熵纳米片的形成基于以下原理：
[0025]1、面内零空位缺陷是指纳米片除边缘外的其他区域内不存在氧空位或金属空位缺陷。纳米片的面内零空位缺陷属性能够有效延缓腐蚀性离子及分子的扩散，特别是小尺寸腐蚀性离子及分子的扩散，从而从根本上有效抑制腐蚀，实现涂层等材料的高效防腐。.
[0026]高熵是科学上的一种定义，一般指位于同一化学结构位的元素种类5种或5种以上的化合物，具有更好的结构稳定性。同时由于高熵带来的多种异质元素与结构畸变，可以使得材料具有更好的可设计性，通过元素种类的调整，可以获得预期设计的材料特性。就本专利技术而言，高熵纳米片指的就是满足上述条件的纳米片状化合物。
[0027]2、本专利技术通过引入多种金属元素，提高了材料构型熵，进而提升了材料纳米结构的稳定性。因此无需通过形成面内缺陷降低体系能量，因而更有利于形成面内零空位缺陷的结构。
[0028]3、本专利技术在制备过程中引入具有强氧化性的试剂，抑制了由于能级简并导致的姜
‑
泰勒效应(八面体畸变)，从而进一步有效抑制了结构的畸变，进而提高结构的稳定性，减少面内空位缺陷。
[0029]4、本专利技术通过在纯氧中煅烧，消除由于氢氧基团分解而造成的氧的悬键结构，从而最终形成面内零空位缺陷的结构。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0031]1、本专利技术的制备方法综合材料微观结构与能带调控策略，大大提高了所得纳米片状的结构稳定性，从而使得最终制得的纳米片面内具有零空位缺陷的特性，大大提高了纳米片拦截阻碍腐蚀性物质或离子的能力。
[0032]2、由于本专利技术纳米片产品具备比表面积高、稳定性好的特性，因而还可作为催化
电极材料，用于电催化分解水的催化领域。
[0033]3、由于本专利技术纳米片产品具备高导电的特性，因而还可作为导电型增强相，用于低压电器的电接触领域。
附图说明
[0034]图1为本专利技术制备的面内零空位缺陷纳米片产品的透射电子显微镜照片。
[0035]图2为实施例1中纳米片产品的X射线光电子能谱。
[0036]图3为实施例1中纳米片产品的反光电子能谱。
具体实施方式
[0037]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面内零空位缺陷高熵纳米片，其特征在于，该纳米片产品的外观呈粉体状，其微观结构显示为不规则的纳米片结构，单层纳米片结构的厚度为10～20nm；该纳米片的分子式为(La
0.4
Nd
0.9
Y
0.7
)(Zr
1.3
,Mo
0.5
,Ti
0.4
,Cr
0.3
,W
0.2
,Ta
0.3
)O7。2.权利要求1所述面内零空位缺陷高熵纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按摩尔比0.4∶0.3∶0.4∶0.5∶0.4∶0.7∶0.8∶0.5：0.4取La(NO3)3、Nd(NO3)3、Y(NO3)3、ZrOSO4、Na2MoO4、钛酸四正丁酯、CrCl3、Na2WO4和NaTaO3作为溶质；将溶质加入正丁醇、丙酮和四氢呋喃的混合溶剂中，溶质的总质量与溶剂的质量比为20％；搅拌均匀得到混合液一，备用；(2)按质量比1∶1∶1取氢氧化钾、碳酸锂、氢氧化铯为溶质，加至无水乙醇中；溶质的总质量与无水乙醇的质量之比为8.5％；搅拌均匀得到混合液二，备用；(3)按质量比7∶3取混合液一和混合液二；在搅拌和超声条件下，将混合液二一次性加入混合液一中；随后，进一步升温至90℃；持续超声搅拌并保温2～4小时，然后降温至室温，得到混合液三；(4)按质量比11∶1取混合液三和二甲基亚砜，在搅拌条件下，将二甲基亚砜一次性加入混合液三中，持续搅拌均匀；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玲洁，蔡伟炜，暴宁钟，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：