一种富锌离子缺陷ZnNiLDHs纳米片材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米片材料及其制备方法与应用，包括以下步骤：步骤一，制备ZnNi LDHs；步骤二，使ZnNi LDHs与含羟基化合物在碱性溶剂中发生第一反应得到中间产物；步骤三，中间产物在第二反应条件下进行室温搅拌及水辅助冷冻干燥剥离得到富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米片材料。本发明专利技术的改良富锌离子缺陷ZnNi LDHs显著改善了原始ZnNi LDHs光生载流子分离差、光吸收弱，光催化活性较差的缺点，提高了ZnNi LDHs纳米材料的综合性能，因此提供了一种在光催化还原低浓度CO2处理中有很大的开发潜力的新型材料，从而开发出新的催化剂。本发明专利技术的制备过程中，合成纳米材料周期短，结构元素含量可以方便进行优选和优化。优化。优化。

【技术实现步骤摘要】
一种富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米片材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及环境功能材料领域，具体地涉及一种富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米片材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]二氧化碳(CO2)是大气中一种重要的气体，对地球上生命的延续至关重要。这种分子是光合作用所必需的原料，它能为植物提供能量。植物是所有人类和动物的主要食物来源，并能产生人类呼吸所必需的氧气(O2)。然而，人类活动特别是化石燃料燃烧所排放的CO2已经占到自然界碳循环量的三分之一到二分之一，严重地扰乱了自然界的碳平衡。其他的人类生产生活也排放相当大量的CO2。人类活动产生的CO2排放量远远超过了自然界碳循环的CO2承受量。人为CO2排放量增加和随之而来的全球气候变化引起的所有变化都可能会导致人类、植物和动物生命面临着潜在的灭亡风险。因此，将大量的废弃CO2在催化剂的驱动下转化成特定的化学品，不失为一种方法。
[0003]在温和的条件下，使用合适的能源将CO2转化为有价值的化学原料或液体燃料，对于缓解温室效应和实现碳中和具有重要意义。在过去的几十年里，光催化被认为是利用太阳能转化CO2的绿色技术。CO2是一种线性分子，是最具热力学稳定性的碳化合物之一。高动力学势垒，缓慢的C＝C偶联过程是CO2光催化转化的瓶颈问题。
[0004]在众多的光催化剂中，最活跃的光催化剂是贵金属氧化物如RuO2和IrO2；然而，它们的稀缺性、高成本和快速失活使它们无法大规模商业化。过渡金属的丰富性、经济效益，使人们投入更多精力开发其化合物。Ni是一种地球丰富的第一排过渡金属(Ni是地壳中第九丰富的元素)，其基纳米催化剂被发现对光催化还原表现出有效的活性。相对于传统的催化剂，通过良好控制的缺陷工程，在独立的镍基纳米片上产生均匀的小孔。制备所得催化剂充分利用了二维纳米材料的基面，可以提供更高的比表面积、更丰富的缺陷、更多的晶界和边缘位点，以及更大的扭曲表面。同时，在片状结构内部形成的孔可以为离子吸附和传输提供巨大的渗透通道，实现快速的界面电荷转移，加速反应过程。层状双氢氧化物(LDH)纳米片在广泛的光反应中表现出良好的活性。其通过NaOH水溶液进行简单预处理后可以大大提高纳米片中氧空位和低配位金属中心的浓度。因此，利用基于Ni的催化剂在进行碱刻蚀后的材料将会为光还原催化低浓度CO2带来光明，从而通过绿色和可持续的环境应用途径推进清洁生产领域。
[0005]为响应国家针对碳排放提出的“碳中和、碳达峰”目标，发展绿色环保经济，推动绿色低碳发展，研究一种富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米片材料作为光催化还原CO2的新型材料的制备方法，以实现碳减排，碳中和，具有积极的现实意义。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术中的技术问题，本专利技术人通过深入研究，提供了一种用于光催化
还原低浓度CO2的富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米片材料及其制备方法与应用，本专利技术的改良富锌离子缺陷ZnNi LDHs显著改善了原始ZnNi LDHs光生载流子分离差、光吸收弱，光催化活性较差的缺点。
[0007]本专利技术包括以下内容：
[0008]一种用于光催化还原低浓度CO2的富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一，制备ZnNi LDHs；
[0010]步骤二，使ZnNi LDHs与含羟基化合物在碱性溶剂中发生第一反应得到中间产物；
[0011]步骤三，中间产物在第二反应条件下进行室温搅拌及水辅助冷冻干燥剥离得到富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米片材料。
[0012]优选的，所述ZnNi LDHs与所述含羟基化合物的重量比为8:1
‑
10:1，所述含羟基化合物包括强碱性化合物，含羟基化合物包括KOH、NaOH。含羟基的化合物能够得到性能优异的改良富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米片材料。采用含羟基化合物进行材料的改良是因为专利技术人在研究后发现：在没有有机电子供体的情况下，ZnNi LDHs能显著提高光还原催化低浓度CO2中CO的生成效率，是原始ZnNi LDHs的2倍。CO2催化转化为CO的反应通常涉及到通过CO2+H
+
+e
‑
→
COOH产生的羧基中间体(COOH)。生成的COOH可以通过质子/电子转移过程(COOH+H
+
+e
‑
→
CO+H2O)还原成CO加合物。CO最终是由弱键合的CO加合物的解离而产生的。富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米材料改良方法不仅促进了CO2的吸附和选择性，而且促进了电荷转移效率，延长光生载流子寿命，导致CO产物的选择性更高。
[0013]优选的，步骤二中第一反应是指：ZnNi LDHs与含羟基化合物在碱性溶液中在室温下超声混合1
‑
2min，然后在室温25
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30℃下搅拌10
‑
20min，离心洗涤分离，其中，用去离子水和乙醇洗涤，清洗3次，只要洗至上层清液为无色即可，将上层清液分离之后，并以水作溶剂置于在0℃以下冷冻干燥机黑暗环境下进行冷冻干燥8
‑
10h。优选为
‑
60
‑‑
10℃温度条件下冷冻干燥。
[0014]优选的，第二反应条件是指：将中间产物与含羟基化合物在碱性溶液中在室温下超声混合1
‑
2min，然后在室温25
‑
30℃下搅拌20
‑
40min，用去离子水和乙醇洗涤离心分离清洗3次，随后以水作溶剂置于冷冻干燥机黑暗环境下中进行冷冻干燥8
‑
10h。温度过高或过低、反应时间过短或过长均会影响羟基改性效果，进而影响最终改良富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米片材料的性能。
[0015]优选的，步骤一中制备ZnNi LDHs的方法为：咪唑类化合物和六水硝酸锌在有机溶剂中搅拌混合22
‑
26h后离心分离所得原始ZIF
‑
8，原始ZIF
‑
8与六水硝酸镍溶于水溶液中，室温28℃搅拌22
‑
26h，抽滤，冷冻干燥得到ZnNi LDHs。
[0016]优选的，咪唑类化合物为2
‑
甲基咪唑。2
‑
甲基咪唑成本低、可用性丰富，ZnNi LDHs产量高。
[0017]优选的，所述有机溶剂为甲醇。
[0018]一种用于光催化还原低浓度CO2的富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米片材料通过以上方法制备得到。
[0019]一种富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米片材料在催化材料或大气环境污染物处理中的应用。
[0020]富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米片材料在光催化还原低浓度中CO2的应用。
[0021]本专利技术的制备方法以及所得到的产物的有益效果包括但不限于：改良富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米片材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于光催化还原低浓度CO2的富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米片材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，制备ZnNi LDHs；步骤二，使ZnNi LDHs与含羟基化合物在碱性溶剂中发生第一反应得到中间产物多孔的ZnNi LDHs；步骤三，中间产物在第二反应条件下进行室温搅拌及水辅助冷冻干燥剥离得到富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米片材料。2.根据权利要求1所述的富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米片材料的制备方法，其特征在于：所述ZnNi LDHs与所述含羟基化合物的重量比为8:1
‑
10:1，所述含羟基化合物包括强碱性化合物，含羟基化合物包括KOH、NaOH。3.根据权利要求2所述的富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米片材料的制备方法，其特征在于：步骤二中第一反应是指：ZnNi LDHs与含羟基化合物在碱性溶液中在室温下超声混合1
‑
2min，然后在室温25
‑
30℃下搅拌10
‑
20min，离心洗涤分离，其中，用去离子水和乙醇洗涤，清洗3次，将上层清液分离之后，并以水作溶剂置于在0℃以下冷冻干燥机黑暗环境下进行冷冻干燥8
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10h。4.根据权利要求3所述的富锌离子缺陷ZnNi LDHs纳米片材料的制备方法，其特征在于：第二反应条件是指：将中间产物与含羟基化合物在碱性溶液中在室温下超声混...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘家慧，郭依卿，韩彬，林远芳，蔡宴朋，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：