[发明专利]一种利用层间限域策略制备二维金属氧化物纳米片的方法

说明书

本发明公开了属于二维金属氧化物制备技术领域的一种利用层间限域策略制备二维金属氧化物纳米片的方法。包括以下步骤：(1)硅酸四乙酯与四甲基氢氧化铵经水热反应制得模板RUB‑15；(2)混合金属卤化盐前驱体与步骤(1)所述模板RUB‑15，然后研磨均匀得到前体混合物，煅烧所述前体混合物，得到混合物；(3)刻蚀步骤(2)所述混合物中模板RUB‑15，得到所述二维金属氧化物纳米片。本发明方法原料成本低廉、合成过程简单，为二维结构纳米材料的合成开辟了一个全新的视野。

技术领域

本发明属于二维金属氧化物制备技术领域，特别涉及一种利用层间限域策略制备二维金属氧化物纳米片的方法。

背景技术

纳米材料表观的形态结构与活性位点的分布和配位性能密切相关，形貌控制是一种有效的优化活化能策略。在过去的几十年里，崛起了以石墨烯为代表的二维纳米材料，随后其他二维结构的金属氧化物、过渡金属二卤代烃、金属硫族化合物、金属碳化物和黑磷等被相继报道。二维纳米材料具有较强的平面内化学键与相对较弱的平面外范德瓦尔斯键，当电荷和热量传输被限制在一个平面上时，会产生大量不寻常的物理现象而具有许多特定的性能优势。其优异的性质表现在机械改进、能量储存和转换、催化、光电、传感器等多方面领域。与块状材料相比，二维材料表面暴露的大量原子可以提供不同的化学状态，特定的暴露面可以有效调控其化学活性。

已有的文献报道二维纳米材料的合成方法主要有机械剥离、液体剥离、离子插入剥离、化学气相沉积、湿法合成法等等。通常，每种二维结构目标材料需根据自身特定性质，对其量身定制合成策略。特别是本身不具有层状结构的原始材料，采用剥离法等技术手段无法达到目标，难以合成大面积的薄层二维结构。因此对于具有不同理化性质的材料，共同寻求一个通用的合成技术策略是一项巨大挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用层间限域策略制备二维金属氧化物纳米片的方法，具体技术方案如下：

一种利用层间限域策略制备二维金属氧化物纳米片的方法包括以下步骤：

(1)硅酸四乙酯与四甲基氢氧化铵经水热反应制得模板RUB-15；

(2)混合金属卤化盐前驱体与步骤(1)所述模板RUB-15，然后研磨均匀得到前体混合物，煅烧所述前体混合物，得到混合物；

(3)刻蚀步骤(2)所述混合物中模板RUB-15，得到所述二维金属氧化物纳米片。

所述步骤(1)中硅酸四乙酯与四甲基氢氧化铵的摩尔比为1:1，水热反应温度为140℃，反应时间为14天。

具体操作为：将四甲基氢氧化铵与硅酸四乙酯溶液按摩尔比1:1于室温下磁力搅拌24小时得到乳白色悬浊液，然后将乳白色悬浊液转移至水热反应釜中于140℃下反应14天，得到模板RUB-15。

所述步骤(1)得到的模板RUB-15为二维层状硅酸盐，为具有规则形貌、固定层间距的矩形纳米片。

所述步骤(1)得到的模板RUB-15具有1.4nm的固定层间距。

所述步骤(2)中金属卤化盐前驱体与模板RUB-15的质量比为0.1:1～10:1。

所述步骤(2)研磨均匀后得到的前体混合物呈蓬松状。

所述步骤(2)中金属卤化盐前驱体为TiCl₄、CoCl₂·6H₂O、CrCl₃·6H₂O、MnCl₂·4H₂O或SnCl₂·2H₂O。

所述步骤(2)中煅烧在空气、氧气、氩气、氮气或氦气气氛中进行，煅烧温度为300℃～600℃，升温速率为0.1℃/min～10℃/min，保温时间为1h～10h。