[发明专利]一种二维手性氢氧化镍纳米片的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种二维手性氢氧化镍纳米片的制备方法及其应用。通过选择合适的手性分子作为结构导向剂实现手性无机纳米材料的制备，进而实现纳米材料对电子自旋状态的选择以及对晶体成核和生长速率的调控，提高氧析出反应的效率；合成过程中加入聚乙烯吡咯烷酮来抑制氢氧化镍纳米片的聚集，提高其比表面积，增加纳米片的反应活性位点；氢氧化镍纳米片在加热熟化过程中形成了大量褶皱，引入了晶格错配，产生位错和内部应力，进一步增加了活性位点。纳米片的片状结构使其易与导电材料乙炔黑形成良好接触，有利于电子传输。具有良好的催化氧析出反应性能。

技术领域

本发明涉及电催化技术领域，尤其涉及一种二维手性氢氧化镍纳米片的制备方法及其应用。

背景技术

众所周知，纳米材料具有高比表面积和大量暴露活性位点，对电化学催化有很好的效果，因此纳米材料的尺寸和形貌对催化活性有显著影响。其中，二维纳米片的平面结构有利于界面电荷快速转移，对电化学催化具有很好促进的效果；并且尺寸较小的纳米片在体积一定的条件下具有更大的边缘长度，能增加催化位点，因此会使催化活性增加。然而，小尺寸的纳米片由于表面能过高，在制备和使用过程中容易出现聚集失活的问题。此外，当前很多高性能催化剂在合成过程中需要使用到有机溶剂，会对环境造成一定的污染。除了纳米材料的尺寸和形貌，近年来研究发现在手性材料中，电子的传输效率取决于电子的自旋状态，即材料的手性可以影响电子的传输效率(Annu.Rev.Phys.Chem.,2015,66,263–81)。然而，目前对有机材料的手性研究较多，无机材料的手性形成和应用还鲜见报道。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种具有良好的导电性、形貌大小均一、比表面积大、分散性好、活性位点多、具有优异的催化氧析出反应的效果的二维手性氢氧化镍纳米片的制备方法及其应用。

技术方案：本发明的一种二维手性氢氧化镍纳米片的制备方法，包括如下步骤：

(1)将聚乙烯吡咯烷酮和手性分子加入溶剂后搅拌溶解获得手性分子分散液；

(2)将手性分子分散液与镍盐固体粉末混合得到手性镍盐分散液；

(3)将氢氧化钠沉淀剂缓慢滴入手性镍盐分散液，加热搅拌，静置，离心干燥后得到手性的氢氧化镍纳米片。

进一步地，步骤(1)中，所述手性分子包括手性氨基酸分子和其他手性分子；所述手性氨基酸分子包括L/D-苯丙氨酸、L/D-谷氨酸、L/D-精氨酸、L/D-酪氨酸、L/D-组氨酸；所述其他手性分子包括L/D-酒石酸、L/D-葡萄糖、L/D-乳酸。

进一步地，步骤(1)中，所述聚乙烯吡咯烷酮单体和手性分子的摩尔比为1:0.1～1:5。

进一步地，步骤(1)中，所述搅拌为磁力搅拌；磁力搅拌的时间为10～50min，搅拌的速度为600～2000rpm；所述溶剂为超纯水，溶剂的体积为80～100 ml。

进一步地，步骤(2)中，所述镍盐固体粉末包括四水合乙酸镍、六水合硝酸镍和六水合氯化镍。

进一步地，步骤(2)中，所述镍盐固体粉末与手性分子分散液原料的摩尔比为1:0.1～1:15。

进一步地，步骤(2)中，所述混合的方式是在搅拌条件下将镍盐的固体粉末缓慢添加到手性分子分散液中，搅拌的时间是15～150min。

进一步地，步骤(3)中，所述氢氧化钠的浓度是1mol/L，氢氧化钠与镍盐固体粉末的摩尔比为0.1:1～6:1，滴加的方式是使用分液漏斗缓慢匀速滴加。

进一步地，步骤(3)中，所述加热的温度是30～100℃，搅拌的时间是8～36h，搅拌的速度600～2000rpm，静置的时间是12～48h；离心时用的溶剂分别是超纯水和乙醇，洗涤次数为三次及以上；得到的产物真空干燥的温度是80℃，干燥的时间是5h。