[发明专利]一种0D/2D复合氧化钙金属氧化物纳米催化材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种0D/2D复合氧化钙金属氧化物纳米催化材料的制备方法及应用，利用一步合成策略制备出0D/2D复合NiOOH/CaO纳米催化材料；以鸡蛋壳和六水合氯化镍为原料，无水乙醇为溶剂，将鸡蛋壳煅烧得到高活性氧化钙，在特定的温度条件下与六水合氯化镍的无水乙醇溶液进行恒温反应，得到绿色粉末三维Ni‑Ca复合材料，用HCl溶液酸溶去除CaO模板后，经洗涤离心，得到均匀分散的绿色粉末0D/2D‑NiOOH/CaO复合材料。本发明制得的0D/2D纳米复合材料在光催化CO₂还原时具有高效、高选择性及高稳定性。本发明合成工艺简便，成本低廉，在不同种类壳类原材料中具有普适性，具有良好的经济和环境效益。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种0D/2D复合氧化钙金属氧化物纳米催化材料的制备方法及应用。

背景技术

二维纳米材料是指在某二维方向上达到纳米尺度的材料，具有优异的载体支撑作用、表面具有丰富的悬挂键和大的比表面积，但是二维纳米材料易堆叠团聚，导致其活性位点减少，而且二维纳米材料功能单一。零维纳米材料具有多种量子效应和高的表面暴露原子比，零维纳米颗粒与二维纳米片的复合能够很好地解决单一的二维材料所存在的易团聚、功能单一等问题。但实现零维纳米颗粒在二维纳米片表面的小尺寸高分散负载是一个难点问题。常见的策略通常以有机表面活性剂对材料进行表面修饰，但该有机表面活性剂的存在易覆盖二维材料表面活性位点，难以去除，同时可能引起环境污染。

在生态废弃物中，以鸡蛋壳、牡蛎壳等为主的每年产量大、废弃量大（废弃量每年约在百万公斤以上）的含钙类废弃物已成为生态废弃物再利用中一个重要的研究方向。这些壳类均含有大量的碳酸钙（高于90%），且具有纯天然有序的多孔三维自支撑结构，有利于高效构建多维复合材料。这些由于生物矿化而产生的碳酸钙壳类废弃物成本低、易于获取且重金属的含量低，是制备氧化钙低维材料最合适的模板。在对壳类材料的研究中，常先将其煅烧得到3D块体结构CaO，然后通过离子调控诱导3D材料自发转化形成2D材料。

因此，为了避免使用有机表面活性剂对表面进行修饰而导致的环境污染和生态废弃物导致的环境压力，设计一种再利用含钙生态废弃物，合成工艺简单、绿色环保且具有小尺寸、高分散的0D/2D纳米复合材料的方法，为0D/2D纳米复合材料的设计提供新思路，具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有0D/2D纳米复合材料制备方法及2D材料易团聚等问题，提供了一种绿色环保，一步合成策略制备高分散的0D/2D纳米复合材料的合成方法。本发明通过一步合成策略，自组装形成形貌均一、尺寸可控、纳米颗粒高度分散的NiOOH/CaO纳米复合材料，制备的NiOOH/CaO纳米复合材料具有优异的催化性能。本发明成本低廉，方法简便，具有良好的经济效益和环境效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种0D/2D复合氧化钙金属氧化物纳米催化材料的制备方法，包括以下原料：鸡蛋壳、六水合氯化镍（NiCl₂·6H₂O）。

一种0D/2D复合氧化钙金属氧化物纳米催化材料的制备方法：将鸡蛋壳煅烧得到高活性氧化钙即反应前驱体；然后将反应前驱体转移至装有无水乙醇的三口烧瓶中，在氮气气氛下水浴加热、搅拌；再将NiCl₂的乙醇溶液倒入该三口烧瓶中，搅拌；将反应后得到的混合溶液离心，洗涤，冷冻干燥，得到绿色粉末三维Ni-Ca复合材料；将常温搅拌制备所得的三维Ni-Ca复合材料置于HCl溶液中酸溶去除CaO模板后，经洗涤离心，得到绿色固态粉末状均匀分散的0D/2D-NiOOH/CaO复合材料。

所述尺寸均匀高度分散的NiOOH/CaO纳米复合材料，具体包括以下步骤：

（1）将鸡蛋壳清洗干净后置于烘箱烘干，取出置于刚玉坩埚中，放入马弗炉煅烧，经冷却后，制成白色氧化钙（CaO）粉末前驱体；