一种金属单质插入层状双氢氧化物层间多孔材料的制备方法

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种金属单质插入层状双氢氧化物层间多孔材料的制备方法。

背景技术

能源问题越来越阻碍了现在社会的可持续发展，新型的燃料电池有望作为清洁能源取代传统的高污染和不可再生的化石燃料而得到广泛的应用。但是作为燃料电池中最重要的阴极氧还原反应，其缓慢的动力学过程成为燃料电池应用的最大障碍。同时，寻求便宜、储量丰富的原料取代贵金属铂(Pt)作为阴极催化材料也得到越来越多的重视。层状双氢氧化物由于独特的结构引起的物理化学性质被广泛的认为是可取代Pt或减少Pt用量的优异电催化剂。但在实验过程中发现，其导电性差、易于团聚导致电催化性能比较差，远低于预期值。因而，提高导电性以及抑制团聚可以大幅度提高层状双氢氧化物的电催化性能。目前用来提高导电性的方法组装石墨烯-双氢氧化物叠层结构、外部复合金属单质等，但这些方法均比较复杂或复合的金属颗粒不均匀且在层状材料表面，并不能提高层间的导电性以及没有形成有利于离子传输的多孔结构。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种金属单质插入层状双氢氧化物层间多孔材料的制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种金属单质插入层状双氢氧化物层间多孔材料的制备方法：

1)将层状双氢氧化物、含金属离子配位化合物和水配制成一定体积的溶液，然后用N₂除去溶液中的空气和CO₂，之后搅拌一定时间，得到产物A；

2)将步骤1)得到的产物A经过纯水和乙醇清洗，得到产物B；

3)称量一定质量的步骤2)得到的产物B，加入到溶剂中，并加入添加剂，在一定温度条件下的油浴中反应得到最终产物。

优选的，步骤1)中层状双氢氧化物为CoAl-NO₃或CoNi-NO₃

优选的，步骤1)中含金属离子配位化合物为K[Ag(CN)₂]或K₂PtCl₆；

优选的，步骤1)中配制100ml的溶液，需要层状双氢氧化物0.1g，含金属离子配位化合物0.005mol；搅拌的时间为18h。

优选的，步骤3)中的溶剂为乙二醇；添加剂为三乙醇胺。

所述步骤3)中的乙二醇即是溶剂也是还原剂。

优选的，步骤3)中产物B与乙二醇、三乙醇胺的比为0.1g：45ml：5ml。

优选的，步骤3)中反应温度为150℃；反应时间为30-180min。

一种金属单质插入层状双氢氧化物层间多孔材料的制备方法，该方法采用层状双氢氧化物为初始材料，通过阴离子交换法获得含金属离子配位体的层状双氢氧化物；之后以乙二醇为还原剂和溶剂，以三乙醇胺为添加剂的条件下，加热条件下，成功得到了金属单质插入层状双氢氧化物层间的多孔材料。

层状双氢氧化物具有独特的片层结构，这类化合物具有丰富的片层，能够提供大的表面积提高双电层电容，同时层板中的过度金属元素可以提供大量的电化学活性位。

阴离子交换法即为层状双氢氧化物的阴离子与金属离子配位体的阴离子进行交换，得到含金属离子配位体的层状双氢氧化物

乙二醇作为还原剂将得到的含金属离子配位体的层状双氢氧化物中的金属离子配位体中的金属离子还原为金属单质。

三乙醇胺具有弱碱性，作为一种添加剂，具有防止层状双氢氧化物以及层间金属单质团聚的作用以及促进多孔结构的形成。

一种金属单质插入层状双氢氧化物层间多孔材料作为燃料电池中阴极材料及电催化方面的应用

本发明的有益效果：

采用传统的阴离子交换法得到含金属离子配位体的层状双氢氧化物，然后在油浴条件下进行还原反应，制备的金属单质插入层状双氢氧化物层间多孔材料具有多孔性、优良的导电性及电催化性能；

采用三乙醇胺为添加剂，改善了层状双氢氧化物易团聚的缺陷；可以有效的控制金属单质的生长、抑制团聚；同时，也有利于形成多孔结构材料；

本方法制备材料的产率高、可重复性高，所采用的原料便宜丰富。该方法可以进一步推广到其他的金属单质插入层状双氢氧化物层间材料的制备。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为实施例1制备的金属单质插入层状双氢氧化物层间多孔材料的XRD图

图2为实施例1制备的金属单质插入层状双氢氧化物层间多孔材料的TEM图

图3为实施例1制备的金属单质插入层状双氢氧化物层间多孔材料的导电性能电化学阻抗谱图

图4为实施例2制备的金属单质插入层状双氢氧化物层间多孔材料的导电性能电化学阻抗图

图5为实施例3制备的金属单质插入层状双氢氧化物层间多孔材料的导电性能电化学阻抗图

图6为对比例1制备的金属单质插入层状双氢氧化物层间多孔材料的导电性能电化学阻抗图

图7为层状双氢氧化物材料的导电性能电化学阻抗图

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面结合实施例对本发明进一步说明

实施例1

先称量0.1g CoAl-NO₃层状双氢氧化物和0.995g>2]，放置到100ml溶液(90ml乙醇和10ml水)中，然后用N₂除去溶液中的空气和CO₂，之后搅拌18小时。获得的产物经过纯水和乙醇清洗，标志为CoAl-Ag(CN)₂。然后称量0.1g>2加入到45ml乙二醇和5ml三乙醇胺溶液中，在150℃条件下反应180分钟。

实施例2

称量0.1g CoAl-NO₃层状双氢氧化物和0.995g>2]，放置到100ml溶液(90ml乙醇和10ml水)中，然后用N₂除去溶液中的空气和CO₂，之后搅拌18小时。获得的产物经过纯水和乙醇清洗，标志为CoAl-Ag(CN)₂。然后称量0.1g>2加入到45ml乙二醇和5ml三乙醇胺溶液中，在150℃条件下反应30分钟。

实施例3

称量0.1g CoAl-NO₃层状双氢氧化物和0.995g>2]，放置到100ml溶液(90ml乙醇和10ml水)中，然后用N₂除去溶液中的空气和CO₂，之后搅拌18小时。获得的产物经过纯水和乙醇清洗，标志为CoAl-Ag(CN)₂。然后称量0.1g>2加入到45ml乙二醇和5ml三乙醇胺溶液中，在150℃条件下反应60分钟。

实施例4

称量0.1g CoNi-NO₃层状双氢氧化物和2.43g>2PtCl₆，放置到100ml水溶液中，然后用N₂除去溶液中的空气和CO₂，之后搅拌18小时。获得的产物经过纯水和乙醇清洗，标志为CoNi-PtCl₆。然后称量0.1g>6加入到45ml乙二醇和5ml三乙醇胺溶液中，在150℃条件下反应180分钟。

对比例1

与实施例1的区别为反应温度为180℃，反应时间为180分钟。

通过图1可以得到本申请制备出了金属银插入CoAl双氢氧化物层间多孔材料；在图2中，黑色部分为金属单质银，CoAl双氢氧化物的尺寸为5-7μm，而且制备的Ag插入CoAl双氢氧化物具有多孔结构；实施例1与实施例2和实施例3的对比可知，实施例1与实施例2、实施例3的区别为反应时间不同，再根据图3和图4、图5，可以得到反应时间对制备的金属单质插入层状双氢氧化物层间多孔材料的导电性能的影响为时间越长导电性能越好；由实施例1和对比例1的对比，结合图3和图6，可以得到反应温度对制备的金属单质插入层状双氢氧化物层间多孔材料的导电性能的影响为温度过高导电性能下降；由图3和图7的对比可知，制备的金属单质插入层状双氢氧化物层间多孔材料的导电性能比未插入金属单质的层状双氢氧化物材料的导电新能好。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。