一種激光合成鎳與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物復合物的方法技術

本發明專利技術屬于利用物理方式自上而下合成納米材料的方法，公開了一種激光合成鎳與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物復合物的方法，該方法以塊狀鎳鐵合金靶為原料，先將合金靶打磨清洗以去掉表面氧化層；將塊狀鎳鐵合金靶置于容器中，在容器中加入尿素溶液至合金靶上方高度1?1.5cm；采用1064納米波長的納秒脈沖激光液相燒蝕合金靶20?30分鐘；最后將容器中的棕褐色溶液取出，離心后冷凍干燥得粉末復合物產物。本發明專利技術利用納秒激光液相燒蝕技術燒蝕尿素溶液中的鎳鐵合金靶，得到鎳與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物的復合物，利用二者的協同作用有效的克服了材料導電性的缺點，同時還極大的提高催化活性；工藝簡單，設計巧妙、安全可控、成本低廉。

【技術實現步驟摘要】
一種激光合成鎳與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物復合物的方法
本專利技術屬于利用物理方式自上而下合成納米材料的方法，具體涉及一種層狀雙金屬氫氧化物的合成方法。
技術介紹
層狀雙金屬氫氧化物(LayeredDoubledHydroxides，LDHs)又名水滑石類化合物，因其具有獨特的二維層狀結構與成分可調的優點，同時其價格低廉、含量豐富，近年來作為優異的水氧化催化劑受到越來越多的科研工作者的廣泛研究。二維層狀結構為其提供了較大的比表面積，因此會暴露更多的活性位點；層狀結構同時也有利于氣體分子的擴散，利于反應的進行，參見LuX，ZhaoC.etal.Naturecommunications,2015,6.如何進一步提高LDHs的催化活性已成為研究熱點，大量的研究工作是采用其與碳材料復合，如碳納米管、氧化石墨烯、還原石墨烯，通過提高導電性來提升催化活性；還有部分工作是研究在導電基底生長三維陣列結構，有利于電子傳輸，同樣也可提高催化活性。參見YongmeiLi，XiaoHu.etal.ChemCommun,2016,52,1439-1442.WeiMa,TakayoshiSasaki.ACSNANO,2015,9,2,1977-1984.目前NiFeLDHs因其較高的性能與低廉的成本成為水氧化極具前景的催化劑，進一步提升材料的催化活性與穩定性已成為研究熱點。NiFeLDHs與碳材料復合已成為主流提高催化性能的方法，但在這些條件下犧牲金屬離子會相應減少，形成金屬沉積在LDHs表面，從而減弱了LDHs的催化活性和穩定性，同時又大大增加催化劑成本。參見XiaoLong,ShiheYang.etal.Angew.Chem.Int.Ed.2014,126,7714–7718.
技術實現思路
本專利技術所要解決的是現有與碳材料復合的層狀雙金屬氫氧化物重復利用性差、催化劑成本高的技術問題，提供了一種激光合成鎳與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物復合物的方法，利用納秒激光液相燒蝕技術燒蝕尿素溶液中的鎳鐵合金靶，得到鎳與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物的復合物，利用二者的協同作用有效的克服了材料導電性的缺點，同時還極大的提高催化活性；工藝簡單，設計巧妙、安全可控、成本低廉。為了解決上述技術問題，本專利技術通過以下的技術方案予以實現：一種激光合成鎳與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物復合物的方法，該方法按照以下步驟進行：(1)以塊狀鎳鐵合金靶為原料，將所述塊狀鎳鐵合金靶打磨清洗以去掉表面氧化層；(2)將所述塊狀鎳鐵合金靶置于容器中，在容器中加入濃度為0.75-9mol/L的尿素溶液，使其液面高于所述塊狀鎳鐵合金靶上表面1-1.5cm；(3)采用1064納米波長的納秒脈沖激光燒蝕所述尿素溶液中的所述塊狀鎳鐵合金靶，作用時間為20-30分鐘；(4)將所述容器中的棕褐色溶液取出，離心后冷凍干燥得粉末產物，即為鎳與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物復合物。其中，所述塊狀鎳鐵合金靶的純度為99.9％。其中，步驟(3)中所述納秒脈沖激光燒蝕所述塊狀鎳鐵合金靶的激光能量為160-200毫焦，激光頻率為10-15赫茲。其中，步驟(4)中所述棕褐色溶液以18000轉/分鐘-20000轉/分鐘的轉速離心15分鐘后，采用冷凍干燥機干燥處理。本專利技術的有益效果是：本專利技術提供了一種激光合成鎳與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物復合物的方法，利用納秒激光液相燒蝕鎳鐵合金靶，一步快速得到鎳納米顆粒與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物納米片結合的復合物。NiNPs與NiFeLDHs的復合材料，NiNPs的存在提高NiFeLDHs材料導電性，同時自身被NiFeLDHs活化，創造更多的活性位點，大大提高電化學活性面積；同時這些位點自身活性較高，大大降低反應中間產物的結合能，有效的降低了水氧化反應的過電位。因此，復合物中鎳顆粒與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物的協同效應使得復合物表現出極其優異的水氧化性能。此外，本專利技術所采用的合成方法工藝簡單、操作方便、易于控制，屬于常溫常壓合成，省去了加入各種沉淀劑、活性劑，且不使用有毒反應原料，是一種環境友好的綠色合成工藝。附圖說明圖1中：a為利用納秒激光液相燒蝕工藝在1.5M尿素溶液中合成的鎳與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物復合物的低倍透射電子顯微形貌圖；b為復合物的高倍透射電子顯微形貌圖；c為在1.5M尿素溶液中獲得的復合物以及在9M尿素中獲得的純相LDH的XRD物相表征圖；d為復合物XPS元素表征圖。圖2中：a為激光液相燒蝕法在1.5M尿素溶液中制備鎳與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物復合物與純相LDH以及商業RuO2以及基底碳纖維的水氧化線性掃描伏安曲線；b為上述三種材料的塔菲兒斜率；c為復合物與純相LDH的電化學阻抗對比；d為復合物與純相LDH的電化學活性面積對比。圖3中：a為鎳與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物復合物在測試前后的Ni的價態變化；b為純相LDH在測試前后的Ni的價態變化。圖4中：a為激光液相燒蝕法在0.75M、6M尿素溶液中制備得到的Ni/NiFeLDH復合物的XRD物相表征圖；b為0.75M、1.5M、6M尿素溶液中制備得到的Ni/NiFeLDH復合物的水氧化線性掃描伏安曲線。具體實施方式下面通過具體的實施例對本專利技術作進一步的詳細描述：以下實施例可以使本專業技術人員更全面的理解本專利技術，但不以任何方式限制本專利技術。實施例1：本實施例提供了一種在液相中利用納秒激光燒蝕合成鎳與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物復合物的方法，包括以下步驟：(1)以塊狀鎳鐵合金靶為原料，將合金靶表面用砂紙打磨然后用稀鹽酸超聲清洗以去除其氧化層；然后再用去離子水清洗合金靶表面幾遍除去殘留的稀鹽酸，然后干燥合金靶表面待用。其中，塊狀鎳鐵合金靶的純度為99.9％。(2)將干燥后的合金靶置于50毫升燒杯中，在燒杯中加入濃度為0.75M尿素溶液20毫升，使合金靶上方液面的高度為1-1.5cm。(3)啟動納秒激光器，采用1064納米波長的納秒脈沖激光燒蝕尿素溶液中的合金靶，作用時間為20-30分鐘；納秒脈沖激光燒蝕塊狀鎳鐵合金靶的激光能量為160-200毫焦，激光頻率為10-15赫茲；激光輻照過程中每隔2分鐘移動合金靶，以不斷改變合金靶上的燒蝕位置，其目的是避免激光作用處燒蝕深度的增加影響后續產物的形成速度與形貌。(4)激光作用后，將燒杯中的棕褐色溶液取出，該棕褐色溶液為納米片與納米顆粒復合物溶液，然后將復合物材料溶液以16000轉/分鐘的轉速離心15分鐘，并采用冷凍干燥機干燥處理，得到復合物粉末產物；在離心復合物產物時，轉速不易過低及過高，過低離心效果不好，過高產物易團聚板結對下一步應用不利，轉速適于控制在18000轉/分鐘-20000轉/分鐘之間。整個實驗過程都在暴露的環境中進行，無需通入保護氣。激光作用后的鎳鐵合金靶再次合成前最好通過砂紙將之前作用過的痕跡打磨掉，這樣再次作用合成時會提高其產率及純度。實施例2：本實施例提供了一種在液相中利用納秒激光燒蝕合成鎳與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物復合物的方法，包括以下步驟：(1)以塊狀鎳鐵合金靶為原料，將合金靶表面用砂紙打磨然后用稀鹽酸超聲清洗以去除其氧化層；然后再用去離子水清洗合金靶表面幾遍除去殘留的稀鹽酸，然后干燥合金靶表面待用。其中，塊狀鎳鐵合金靶的純度為99.9％。(2)將干燥后的合金靶置于50毫升燒杯中，在燒杯中加入濃本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種激光合成鎳與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物復合物的方法，其特征在于，該方法按照以下步驟進行：(1)以塊狀鎳鐵合金靶為原料，將所述塊狀鎳鐵合金靶打磨清洗以去掉表面氧化層；(2)將所述塊狀鎳鐵合金靶置于容器中，在容器中加入濃度為0.75?6mol/L的尿素溶液，使其液面高于所述塊狀鎳鐵合金靶上表面1?1.5cm；(3)采用1064納米波長的納秒脈沖激光燒蝕所述尿素溶液中的所述塊狀鎳鐵合金靶，作用時間為20?30分鐘；(4)將所述容器中的棕褐色溶液取出，離心后冷凍干燥得粉末產物，即為鎳與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物復合物。

【技術特征摘要】
1.一種激光合成鎳與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物復合物的方法，其特征在于，該方法按照以下步驟進行：(1)以塊狀鎳鐵合金靶為原料，將所述塊狀鎳鐵合金靶打磨清洗以去掉表面氧化層；(2)將所述塊狀鎳鐵合金靶置于容器中，在容器中加入濃度為0.75-6mol/L的尿素溶液，使其液面高于所述塊狀鎳鐵合金靶上表面1-1.5cm；(3)采用1064納米波長的納秒脈沖激光燒蝕所述尿素溶液中的所述塊狀鎳鐵合金靶，作用時間為20-30分鐘；(4)將所述容器中的棕褐色溶液取出，離心后冷凍干燥得粉末產物，即為鎳與鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物復合物。2...

【專利技術屬性】
技術研發人員：杜希文，高治文，董存庫，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：天津,12