通过原位拓扑还原法得到NiFe/CeO2纳米复合材料的方法与流程

本发明属于无机纳米材料技术领域，尤其涉及一种通过原位拓扑还原法得到二维薄层状nife/ceo2纳米复合材料的方法。

背景技术：

二维纳米材料因其厚度尺寸和二维平面结构的特点往往具有不同于相应块体材料的电子结构,不但能够影响其本征性能,还能产生一些新性质,同时它具有很高的理论比表面积和电子迁移率，使得其迅速成为材料科学和化学催化领域活跃的研究热点。二维结构在复合纳米粒子的过程中产生的协同作用，使其在实际应用中表现出优异的性能：如用作锂离子电极材料时，二维纳米复合材料具有良好导电性，并且可提高电极材料与电解质相界面的扩散性；当用作传感器材料时，由于二维碳材料的支撑固定作用，纳米粒子在高温的工作条件下不易发生熟化长大，同时二维材料大的比表面积利于提高气体的扩散和相界面反应；作为电催化剂，具有较好的纳米粒子分散性的同时，具有较高的电子迁移率。纳米合金粒子与二维薄层氧化物的复合可以进一步改进材料的性能、大大拓宽无机金属纳米粒子和金属氧化物的应用范围。纳米合金粒子修饰二维薄层氧化物，这不仅可以克服纳米片层间巨大的范德华力，防止纳米片的团聚，使金属氧化物超薄层状结构的独特性质得以保留。本实验中将薄层状ceo2纳米片和nife纳米粒子进行有效的复合，形成二维纳米复合结构。首先，ceo2易被还原为ceo2-x，使得薄层状ceo2纳米片载体有大量ce³⁺，高电子密度的ce³⁺可以作为lewis碱促进催化剂对水合肼的吸附，使n-h键的作用减弱。同时也能促进nife合金作为活性中心优先断裂n-h键，大大提高催化反应的选择性和活性。另外，这种二维薄膜结构也有较大的比表面积，能提供更多催化反应的活性位点，提高催化效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种通过原位拓扑还原法得到二维薄层状nife/ceo2纳米复合材料的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提出的一种通过原位拓扑还原法得到二维薄层状nife/ceo2纳米复合材料的方法，具体步骤如下：

（1）将ni,fe,ce的无机盐溶液加入到锥形瓶样式的火胶棉膜内，密封后放入装有氢氧化钠溶液的烧杯中进行沉淀反应；反应结束后将样品进行离心分离、洗涤、干燥，煅烧得到中间产物；ni,fe,ce的无机盐的摩尔比是6:4:1；所述ni,fe,ce无机盐的摩尔数总和与氢氧化钠溶液的摩尔比是11:40；

（2）将步骤（１）得到的中间产物超声、搅拌分散于溶有氢氧化钠固体的乙二醇溶液中，在反应釜中进行还原反应；反应结束后将样品进行离心分离，洗涤，干燥，得到最终产物，即二维薄层状nife/ceo2纳米复合材料。

本发明中，步骤（１）中配制ni,fe,ce的无机盐溶液采用的溶剂均为去离子水。

本发明中，步骤（１）中所述ni的无机盐为氯化镍，fe的无机盐为硫酸亚铁，ce的无机盐为硝酸铈，其浓度均为0.025mol/l。

本发明中，步骤（１）中所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1mol/l。

本发明中，步骤（１）中所述沉淀反应时间为1小时。

本发明中，步骤（１）中所述的洗涤是使用去离子水及无水乙醇进行交替洗涤。

本发明中，步骤（１）中所述的离心分离转速为6000转/分钟，时间为5分钟。

本发明中，步骤（１）中所述的干燥是在真空干燥箱60℃下干燥10h。

本发明中，步骤（２）中所述的溶有氢氧化钠的乙二醇溶液，其浓度为0.25mol/l。

本发明中，步骤（２）中所述还原反应时间为12小时。

本发明中，步骤（２）中所述还原反应温度为140℃-180℃。

本发明中，步骤（２）中所述的洗涤都是使用去离子水及无水乙醇进行交替洗涤。

本发明中，步骤（２）中所述的离心分离转速为6000转/分钟，时间为5分钟。

本发明中，步骤（２）中所述的干燥是在真空干燥箱60℃下干燥10h。

由于采用上述方案，本发明具有以下有益效果：

1、本发明实现了利用常见的氯化镍、硫酸亚铁、硝酸铈为反应的前驱体，通过共沉淀-原位拓扑还原法，首次合成了二维薄层状nife/ceo2纳米复合材料。

2、本发明的方法对产物的形貌有很高的调控性。

3、本发明采用简单无机盐作为反应物，具有很强的通用性。

4、本发明制备的产物具有良好的催化水合肼分解产氢的性能，可以作为高性能催化剂，有较为广阔的发展前景和应用空间。

5、本发明的工艺简单，制备条件通用，产物形貌稳定、纯度高，且产物处理方便简洁，适合于中等规模工业生产。

6、本发明的方法具有条件温和、节能高效、易于控制等特点。

附图说明

图1为实施例1中在500nm的倍数下得到的中间产物的sem照片。

图2为实施例1中在500nm的倍数下得到的产物的sem照片。

图3为实施例1中在50nm的倍数下得到的中间产物的tem照片。

图4为实施例1中在50nm的倍数下得到的产物的tem照片。

图5为实施例1所得产物的xrd图谱。

图6为实施例1所得产物的eds图谱。

图7为实施例2中在500nm的倍数下得到的中间产物的sem照片。

图8为实施例3所得产物的xrd图谱。

图9为实施例3中在500nm的倍数下得到的中间产物的sem照片。

图10为实施例4所得产物的xrd图谱。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

第一步，准确称取0.5942gnicl2·6h2o，用去离子水配制成100ml溶液，浓度为25mmol/l,准确称取0.6950gfeso4·7h2o，用去离子水配制成100ml溶液，浓度为25mmol/l,准确称取1.0856gce(no3)3·6h2o，用去离子水配置成100ml溶液，浓度为25mmol/l,ni²⁺：fe²⁺:ce³⁺按照6:4:1摩尔比进行混合，总体积为110ml,然后置于锥形瓶样式的火胶棉膜内，密封后放在250ml烧杯中。

第二步，准确称取0.400g的氢氧化钠，用去离子水配制成100ml溶液，浓度为100mmol/l,然后将其倒入第一步的烧杯中并用保鲜膜将烧杯口封住进行反应。

第三步，反应1小时后，收集火胶棉膜内的溶液及沉淀，离心并用无水乙醇和去离子水洗涤数次，置于真空干燥箱中干燥，得到中间产物。

第四步，准确称取0.200g的氢氧化钠固体，置于盛有20ml乙二醇溶液的烧杯中，搅拌至氢氧化钠完全溶解。

第五步，准确称取20mg中间产物，加入到上述氢氧化钠的乙二醇溶液中，搅拌至完全溶解，将溶液转移到30ml的反应釜中，160℃下反应12小时。

第六步，待反应釜冷却至室温，收集反应釜内溶液及固体，离心并用无水乙醇和去离子水洗涤数次，置于真空干燥箱中干燥。得到最终的产物：二维薄层状nife/ceo2纳米复合材料。

图1为实施例1中在500nm的倍数下得到的中间产物nifece氢氧化物的sem图片；图2为实施例1中在500nm的倍数下得到的产物的sem图片；图3为实施例1所得中间产物在50nm的倍数下nifece氢氧化物的tem图片；图4为实施例1所得产物在50nm的倍数下的tem图片；图5为实施例1所得产物的xrd图谱，证明了nife合金和ceo2纳米薄层的复合；图6为实施例1中产物的eds图谱表明了其中ni,fe,ce,o元素的存在。

实施例2

第一步，准确称取0.5942gnicl2·6h2o，用去离子水配制成100ml溶液，浓度为25mmol/l,准确称取0.6950gfeso4·7h2o，用去离子水配制成100ml溶液，浓度为25mmol/l,准确称取1.0856gce(no3)3·6h2o，用去离子水配置成100ml溶液，浓度为25mmol/l,ni²⁺：fe²⁺:ce³⁺按照6:4:1摩尔比进行混合，总体积为110ml,然后置于锥形瓶样式的火胶棉膜内，密封后放在250ml烧杯中。

第二步，准确称取0.400g的氢氧化钠，用去离子水配制成100ml溶液，浓度为100mmol/l,然后将其倒入第一步的烧杯中并用保鲜膜将烧杯口封住进行反应。

第三步，反应1小时后，收集火胶棉膜内的溶液及沉淀将其倒入100ml离心管中，离心并用无水乙醇和去离子水洗涤数次，置于真空干燥箱中干燥，得到中间产物。

第四步，准确称取0.200g的氢氧化钠固体，置于盛有20ml乙二醇溶液的烧杯中，搅拌至氢氧化钠完全溶解。

第五步，准确称取20mg中间产物，加入到上述氢氧化钠的乙二醇溶液中，搅拌至完全溶解，将溶液转移到30ml的反应釜中，140℃下反应12小时。

第六步，待反应釜冷却至室温，收集反应釜内溶液及固体，离心并用无水乙醇和去离子水洗涤数次，置于真空干燥箱中干燥，得到最终的产物：二维薄层状nife/ceo2纳米复合材料。

图7为实施例2中在500nm的倍数下得到的产物nife/ceo2纳米片的sem照片。由图片可以看出，在此条件下依然能形成二维薄层结构，只是薄膜的卷曲程度较大，相对比表面积较小。图8为实例2所得产物的xrd图谱，由图片可以看出，在此条件下还原得到的产物还原不够充分，ni、fe仍以氧化物的形式存在。说明反应温度降低，产物的还原程度受影响，无法得到预计的nife合金。

实施例3

第一步，准确称取0.5942gnicl2·6h2o，用去离子水配制成100ml溶液，浓度为25mmol/l,准确称取0.6950gfeso4·7h2o，用去离子水配制成100ml溶液，浓度为25mmol/l,准确称取1.0856gce(no3)3·6h2o，用去离子水配置成100ml溶液，浓度为25mmol/l,ni²⁺：fe²⁺:ce³⁺按照6:4:1摩尔比进行混合，总体积为110ml,然后置于锥形瓶样式的火胶棉膜内，密封后放在250ml烧杯中。

第二步，准确称取0.400g的氢氧化钠，用去离子水配制成100ml溶液，浓度为100mmol/l,然后将其倒入第一步的烧杯中并用保鲜膜将烧杯口封住进行反应。

第三步，反应1小时后，收集火胶棉膜内的溶液及沉淀将其倒入100ml离心管中，离心并用无水乙醇和去离子水洗涤数次，置于真空干燥箱中干燥，得到中间产物。

第四步，准确称取0.200g的氢氧化钠固体，置于盛有20ml乙二醇溶液的烧杯中，搅拌至氢氧化钠完全溶解。

第五步，准确称取20mg中间产物，加入到上述氢氧化钠的乙二醇溶液中，搅拌至完全溶解，将溶液转移到30ml的反应釜中，180℃下反应12小时。

第六步，待反应釜冷却至室温，收集反应釜内溶液及固体，离心并用无水乙醇和去离子水洗涤数次，置于真空干燥箱中干燥，得到最终的产物：二维薄层状nife/ceo2纳米复合材料。

图9为实施例3中在500nm的倍数下得到的产物nife/ceo2纳米片的sem照片。由图片可以看出，在此条件下形成的薄层结构不是很明显，团聚明显，说明反应温度提高后，生长速度加快难以生成二维薄层结构。图10为实施例3所得产物的xrd图谱，证明了nife合金和ceo2纳米薄层的复合。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，在不脱离本发明的范畴的情况下所做出的修改都在本发明的保护范围之内。