一种金属氧化物二维纳米材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种金属氧化物二维纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将非层状金属氧化物粉末进行高能球磨，球磨140～160h，得到球磨粉；将所述球磨粉与碱性溶液混合，在110～130℃的温度下恒温加热，得到加热后的样品；将所述加热后的样品依次进行固液分离和干燥，得到金属氧化物纳米片。本发明专利技术这种制备金属氧化物纳米片的新方法结合了高能球磨和低温水热工艺，具有工艺简单易行、成本较低和应用潜力大等特点。实验结果表明，本发明专利技术所制备的金属氧化物纳米片的平均厚度为2～10nm，宽度为0.5～2μm，尺寸比较均一，有较大的比表面积等特点，在电子、传感、催化及能量储存与转换等领域存在着潜在的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料
，尤其涉及一种金属氧化物二维纳米材料的制备方法。
技术介绍
自2004年石墨烯被发现以来，二维结构的纳米材料因其具有优异的导电特性、高比表面积以及良好的电子流动性等性能，得到了人们的广泛关注和研究。对二维结构纳米材料科学进行深入的研究，首先需要找到合适的方法制备出高质量的纳米材料。目前，世界范围内有许多科学家正致力于二维结构纳米材料的制备研究工作，并已取得了许多突破性的研究成果。二维纳米材料的研究主要集中于层状材料，典型的例子包括石墨烯和氮化硼等化合物。目前，制备二维纳米材料的方法主要有机械剥离法和人工生长法两大类。机械剥离法只适用于本身具有片层结构的材料体系，因而合成的二维纳米材料的种类较为有限；人工生长法则要依附于衬底，不能生长自支持的二维纳米材料，且难以避免纳米材料与衬底之间的相互作用或影响。对于非层状金属氧化物，其二维纳米结构的材料的制备与应用研究较少。因此，研究简单实用、易控制地制备金属氧化物二维纳米材料的方法，具有丰富的应用前景。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供一种金属氧化物二维纳米材料的制备方法，本专利技术提供的方法工艺简单实用、工艺参数易控制，可得到尺寸均一的金属氧化物纳米片。本专利技术提供一种金属氧化物二维纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将非层状金属氧化物粉末进行高能球磨，球磨140～160h，得到球磨粉；将所述球磨粉与碱性溶液混合，在110～130℃的温度下恒温加热，得到加热后的样品；将所述加热后的样品依次进行固液分离和干燥，得到金属氧化物纳米片。优选地，所述非层状金属氧化物粉末选自二氧化锰粉末、二氧化锡粉末或二氧化钛粉末。优选地，所述高能球磨在100KPa的保护性气氛下进行。优选地，所述保护性气氛为氮气或氩气。优选地，所述高能球磨采用4个直径为25.4mm的不锈钢球。优选地，所述球磨的整个过程在磁铁的磁力辅助作用下进行，磁铁与水平方向呈45度角，转速为160rpm。优选地，所述碱性溶液的浓度为2～4mol/L，所述球磨粉与碱性溶液中溶质的重量比例为1：6～10。优选地，所述恒温加热在搅拌的条件下进行，搅拌速率为600～800rpm。优选地，所述恒温加热的时间为2～5小时。优选地，所述干燥的温度为55～95℃。与现有技术相比，本专利技术利用非层状金属氧化物粉末为原料，经过140～160h高能球磨，制得活性较高的球磨粉后，再进行低温(110～130℃)碱性溶液处理，在此低温水热处理过程中，所述球磨粉转变为二维纳米材料，进而获得了金属氧化物纳米片产品。本专利技术这种制备金属氧化物纳米片的新方法结合了高能球磨和低温水热工艺，具有工艺简单易行、成本较低和应用潜力大等特点。实验结果表明，本专利技术所制备的金属氧化物纳米片的平均厚度为2～10nm，宽度为0.5～2μm，尺寸比较均一，有较大的比表面积，在电子、传感、催化及能量储存与转换等领域存在着潜在的应用价值。附图说明图1为实施例1所得金属氧化物纳米片的扫描电镜照片(200nm)；图2为实施例1所得金属氧化物纳米片的扫描电镜照片(100nm)；图3为实施例1～3所得金属氧化物纳米片的X射线衍射图谱；图4为实施例1所得金属氧化物纳米片的透射电镜照片(100nm)；图5为实施例1所得金属氧化物纳米片的透射电镜照片(40nm)；图6为实施例2所得金属氧化物纳米片的扫描电镜照片(200nm)；图7为实施例2所得金属氧化物纳米片的扫描电镜照片(100nm)；图8为实施例2所得金属氧化物纳米片的透射电镜照片(200nm)；图9为实施例2所得金属氧化物纳米片的透射电镜照片(20nm)；图10为实施例3所得金属氧化物纳米片的扫描电镜照片(1μm)；图11为实施例3所得金属氧化物纳米片的扫描电镜照片(100nm)；图12为实施例3所得金属氧化物纳米片的透射电镜照片(40nm)；图13为实施例3所得金属氧化物纳米片的透射电镜照片(10nm)。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种金属氧化物二维纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将非层状金属氧化物粉末进行高能球磨，球磨140～160h，得到球磨粉；将所述球磨粉与碱性溶液混合，在110～130℃的温度下恒温加热，得到加热后的样品；将所述加热后的样品依次进行固液分离和干燥，得到金属氧化物纳米片。本专利技术提供的制备方法能制备出形貌规则、尺寸均一的金属氧化物纳米片，如SnO2、TiO2或Mn2O3等纳米片，这一类新型的金属氧化物纳米材料具有二维结构的特点，应用前景很好。并且，该方法工艺简单实用，工艺参数容易控制，易于产业化，能实现金属氧化物纳米片制备技术的有效性和环境友好性。本专利技术实施例将非层状金属氧化物粉末装入球磨罐，进行高能球磨，140～160h后，得到球磨后的样品即球磨粉。本专利技术针对非层状金属氧化物粉末进行处理，可采用市售的商业金属氧化物(二氧化锡、二氧化钛、二氧化锰等)为原料。在本专利技术中，所述非层状金属氧化物粉末优选为二氧化锰粉末、二氧化锡粉末或二氧化钛粉末。在本专利技术的实施例中，所述非层状金属氧化物粉末的粒度为100nm～2μm。本专利技术可将商业金属氧化物粉末与多个不锈钢球一起装入球磨罐，球磨140～160
h；本专利技术优选采用4个直径为25.4mm的不锈钢球进行高能球磨。在本专利技术的一些实施例中，可将2～10g非层状商业金属氧化物粉末进行球磨处理。本专利技术利用非层状金属氧化物粉末为原料，经过140～160h、优选150h的高能球磨，制得活性较高的球磨粉。其中，所述高能球磨优选在100KPa的保护性气氛下进行。所述保护性气氛可为惰性气体，优选为氮气(N2)或氩气(Ar)。作为优选，所述球磨的整个过程都是在磁铁的磁力辅助作用下进行。在本专利技术的实施例中，磁力辅助时，磁铁与水平方向呈45度角，转速优选为160rpm。球磨后，本专利技术实施例将得到的球磨粉与碱性溶液混合。本专利技术对所述混合没有特殊限制，可将所述球磨粉混入一定浓度的碱性溶液中。在本专利技术中，所述碱性溶液的浓度优选为2～4mol/L；所述碱性溶液可为氢氧化钠溶液或氨水。在本专利技术的一些实施例中，所述碱性溶液的浓度为2mol/L，可表示为2M。在本专利技术的一些实施例中，所述碱性溶液中溶质为氢氧化钠。在本专利技术中，所述球磨粉与碱性溶液中溶质的重量比例优选为1：6～10，更优选为1：7～8。在本专利技术的一些实施例中，所述碱性溶液的浓度为2～4mol/L，所述球磨粉与碱性溶液中溶质的重量比例优选为1：8。球磨后的样品倒入碱性溶液混合之后，本专利技术实施例在110～130℃的温度下恒温加热一定时间，得到加热后的样品。本专利技术通过高能球磨结合低温水热的方法，在后续的低温水热处理过程中，所得球磨粉会转变为二维金属氧化物纳米片。在本专利技术中，所述恒温加热的温度为110～130℃，优选为115～120℃。所述恒温加热的时间优选为2～5小时，更优选为2～4小时。在本专利技术的一些实施例中，可在120℃恒温加热2小时。在本专利技术中，所述恒温加热优选在搅拌的条件下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属氧化物二维纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将非层状金属氧化物粉末进行高能球磨，球磨140～160h，得到球磨粉；将所述球磨粉与碱性溶液混合，在110～130℃的温度下恒温加热，得到加热后的样品；将所述加热后的样品依次进行固液分离和干燥，得到金属氧化物纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物二维纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将非层状金属氧化物粉末进行高能球磨，球磨140～160h，得到球磨粉；将所述球磨粉与碱性溶液混合，在110～130℃的温度下恒温加热，得到加热后的样品；将所述加热后的样品依次进行固液分离和干燥，得到金属氧化物纳米片。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述非层状金属氧化物粉末选自二氧化锰粉末、二氧化锡粉末或二氧化钛粉末。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高能球磨在100KPa的保护性气氛下进行。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述保护性气氛为氮气或氩气。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶涛，梁波，鲁圣国，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44