[发明专利]一种基于秸秆芯制备的片状金属氧化物纳米材料

说明书

本发明属于纳米金属氧化物的技术领域，具体涉及一种基于秸秆芯制备的片状金属氧化物纳米材料。片状纳米结构具有较大的比表面积、稳定的理化性质、机械的灵活性等特点更适合应用在电催化中，但高效且能够大量制备的片状纳米金属氧化物的制备方法在目前仍然面临挑战。本发明提供一种基于秸秆芯制备片状金属氧化物纳米材料的方法，在不增加工艺流程的基础下，通过引入秸秆芯和金属离子相结合的策略，以二次煅烧法大量制备片状纳米金属氧化物，本发明的制备方法具有操作简单、成本低廉、适用于大规模生产优点，制备的片状金属氧化物纳米材料在电催化析氧领域具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于纳米金属氧化物的技术领域，具体涉及一种基于秸秆芯制备的片状金属氧化物纳米材料。

背景技术

随着科学技术的发展，各国经济实力的提升，人们对传统的化石燃料过度地开采导致其濒临枯竭，同时也给地球环境带来巨大的污染。因此，当今世界人类面临着前所未有的能源问题和环境问题，在生存和提高生活质量的强烈愿望推动下，氢能被认为是二十一世纪最有潜力的二次能源。然而，在目前最有效的产氢方法就是电解水产氢，但是电解水分为阴极析氢反应和阳极析氧反应。析氧反应伴随着四电子的转移，在电解水的过程中往往需要较高的过电压和限制产氢的速率，如何研究出一种理想的电催化析氧催化剂，则可以推动氢气的制备。在当下，最有效的析氧催化剂仍然是贵金属铱和钌以及它们的氧化物，但是其昂贵的价格限制了其广泛的使用。最近，金属氧化物受到了广大研究员的重视。因为这些金属氧化物价格低廉、对环境友好、储存丰富在碱性条件下均有良好的电催化析氧反应性能，而被许多科研工作者研究应用在电催化中。

片状纳米结构具有较大的比表面积、稳定的理化性质、机械的灵活性等特点更适合应用在电催化中。相较于现有已经制备的其它形貌的材料：如已有的颗粒状纳米材料，它的比表面积较小，不利于电子的运输，纳米的尺寸不均匀等导致其在电催化领域应用范围窄、如纳米簇材料，通常情况下较易团聚，体积较大，和电催化的电解液接触不充分导致其较差的电催化性能。相较于这些形貌的纳米材料，片状的纳米材料显得极为稀缺，它的大的比表面积。表面的光滑，便于携带更多的电子运输正是我们电催化所需要的。但是，就目前制备片状纳米材料的工艺来说，都需要较高的装置要求，工艺较复杂，没有可控性且不能大量制备生产，想要大规模的制备并且得到高品质的片状纳米金属氧化物，必须探索新的制备方法来扩大现有的制备方法策略，从而来满足其在传感、催化、能源储存和电化学方面的需求。

目前制备片状纳米金属氧化物的方法主要有溶胶-凝胶法、固相法、前驱体法、水热法等。以上方法虽然能制备出纳米级别的片状金属氧化物，但均操作复杂，无法大批量的生产应用且制备的金属氧化物大多数纯度不够，理化特性不太稳定。本发明引入例如二次煅烧法排除了这些干扰，二次煅烧法可以得到纯净的金属氧化物同时使产率大大的提高有利于大量的工业化生产应用。

随着科研技术的发展，已经有一些关于金属氧化物纳米片材料被报道出来。文献（Nature Communications，2014，5，3812）采用普朗尼克和乌洛托品在溶液中对钻离子进行组装，静置24h反应液转入反应釜中在700℃条件下高压反应2h，产品经水洗、乙醇洗、150～400℃条件下脱水处理，最终制得TiO₂、ZnO和Co₃O₄等金属氧化物纳米片，所得纳米片尺寸小，无明显粒子结构，但该方法需要多步反应，涉及药品试剂多，成本高，产率低且反应时间长，难以大规模生产。