CN104607191B - 一种水滑石量子点电催化剂及其制备方法和电催化分解水产氧应用 - Google Patents

一种水滑石量子点电催化剂及其制备方法和电催化分解水产氧应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种水滑石量子点电催化剂，所述水滑石量子点电催化剂具有如下化学式(I)：[M2+ 1‑xN3+ x(OH)2]x+·(An‑)x/n·mH2O(I)；或者化学式(II)：[M2+ 1‑xY4+ x(OH)2]2x+·(An‑)2x/n·mH2O(II)；式(I)、(II)中，M2+选自Ni2+、Zn2+、Mg2+和Ca2+中的一种或几种；N3+选自Co3+、Fe3+、Cr3+、Al3+、Mn3+中的一种或几种；Y4+为Ti4+；；An‑是NO3 ‑或CO3 2‑；0.16≤x≤0.50；n为阴离子的化合价数，m为结晶水数量，0.5≤m≤9；所述水滑石量子点电催化剂的大小为5‑100nm，厚度为0.5‑5nm。本发明还公开了其制备方法与应用。该水滑石量子点具有明显的量子尺寸效应，在电催化分解水产氧气方面具有极其优越的催化性能，且过电势大大降低。该水滑石量子点电催化剂制备成本低廉，操作简便，有望应用于光电催化等领域。

Description

一种水滑石量子点电催化剂及其制备方法和电催化分解水产 氧应用
技术领域
本发明涉及量子点催化剂技术领域。更具体地，涉及一种水滑石量子点及其制备方法和电催化分解水产氧方面的应用。
背景技术
量子点(尺寸在100nm以下的颗粒)，因为其相比体相块体材料具有独特的物化特征，特别因为其量子尺寸限域效应，表面丰富的基团、高的比表面体相比例，以及成本低廉，在催化、发光等方面引起了广泛的关注和应用。目前研究比较多的量子点主要集中在CdSe、CdS、CdTe等半导体材料，其应用主要集中于光催化分解水产氢等方面。但是因为使用中，量子点存在毒性等问题，进一步限制了其实际应用，而关于其他类的量子点研究还甚少。开发其他类半导体材料是目前研究的热点，对于拓展该类材料的应用具有一定意义。
近年来，二维纳米层状材料(石墨、蒙脱土等)因其独特的结构特点，相比三维块体材料，其表面暴露的原子和活性晶面可调性，在催化领域的研究和应用引起了科研人员的广泛关注。一系列活性较高的量子点相继见诸报道。如：石墨烯量子点等的成功合成，发现其独特的表面富含丰富的氧缺陷和表面悬挂键，进而在能带调控结构方面具有独特的优势；此外，上述量子点还具有导电率高、结构稳定、载流子迁移速度快以及比表面积高等优异的特性，这些优异的特性使碳材料量子点催化剂在光电催化领域引起了广泛关注。在众多二维材料中，水滑石(LDHs)又被称为层状复合氢氧化物，是一类应用广泛的阴离子型无机层状材料，其是由二维层板沿三维有序排列而形成的晶体，二价和三价金属氢氧化物相互间高度分散并以共价键构成主体层板。LDHs的特殊结构决定了其主体层板金属离子及层间阴离子的可调控性，其中层板金属离子均匀分布，金属离子之间有强烈的共价作用，进而可以获得能带结构可调的材料。通过调控LDHs层板的大小和厚度来获得量子点，可以实现表面基团和氧缺陷调控，有助于提升其催化性能。此外，金属种类可调性以及元素之间丰富的化学键结构等优势为科研人员提供了一个可深入理解研究量子点材料平台。
近些年，环境污染和能源短缺是困扰人类可持续发展的难题。随着人类对能源需求的日益增加，煤炭、石油、天然气等化石能源面临枯竭的危险。氢能是目前解决能源和环境方面有效途径。迄今为止，电化学电解水产生氢气和氧气，在工业中应用广泛。其中限速步骤是电化学产氧，主要原因是四电子氧化过程，以及过高的过电势进一步限制了其应用。之前的电催化剂主要集中在Ru、Ir等贵金属方面，围绕地壳中含量丰富的贱金属的研究还较少。Fe、Co、Ni等金属因为外层丰富的电子空轨道，引起了人们的广泛关注。如果将上述金属引入到LDHs层板中，通过控制尺寸合成量子点纳米催化剂，将有助于提高催化活性，有望解决上述问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种水滑石量子点电催化剂。该催化剂大小为5-100nm，厚度为0.5-5nm，具有明显的量子尺寸效应，在电催化分解水产氧气方面具有极其优越的催化性能。
本发明的另一个目的在于提供一种水滑石量子点电催化剂的制备方法。本发明采用微乳-超声剥离方法，通过调控插层金属粒子种类，合成了系列水滑石量子点纳米电催化剂。
本发明的第三个目的在于提供一种水滑石量子点电催化剂在电催化分解水制备氧气中的应用。该水滑石量子点电催化剂具有明显的量子尺寸效应，在电催化分解水产氧气方面具有极其优越的催化性能，且过电势大大降低。该水滑石量子点电催化剂制备成本低廉，操作简便，有望应用于光电催化等领域。
现有技术中关于水滑石的制备，多采用共沉淀方法，合成的水滑石尺寸多在30nm以上，且厚度往往大于5nm。本发明发现，通过构建微乳限域环境，结合超声剥离方法，可以将水滑石的尺寸控制到量子点级别，大小在5–100nm，厚度调控0.5nm(水滑石单层纳米片厚度)至5nm。这在现有技术中是没有相关报道的。该水滑石量子点因为表面暴露丰富的化学键，在光催化、电催化等领域展现了极其潜在的应用前景。
基于水滑石层板的可调控性以及易于大规模工业化生产的优势，通过调控层板的元素组成、粒径大小，合成水滑石量子点电催化剂。该催化剂充分利用了水滑石层板金属可调，以及水滑石粒径可调等特点，实现电催化分解水反应。
为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：
一种水滑石量子点电催化剂，所述水滑石量子点电催化剂具有如下化学式(I)：
[M2+ 1-xN3+ x(OH)2]x+·(An-)x/n·mH2O (I)
或者式(II)：
[M2+ 1-xY4+ x(OH)2]2x+·(An-)2x/n·mH2O (II)
式(I)、(II)中，M2+选自Ni2+、Zn2+、Mg2+和Ca2+中的一种或几种；N3+选自Co3+、Fe3+、Cr3 +、Al3+、Mn3+中的一种或几种；Y4+为Ti4+；；An-是NO3 -或CO3 2-；0.16≤x≤0.50；n为阴离子的化合价数，m为结晶水数量，0.5≤m≤9；
所述水滑石量子点电催化剂的大小为5-100nm，厚度为0.5-5nm。
为达到上述第二个目的，本发明公开了一种水滑石量子点电催化剂的制备方法，包括如下步骤：
1)配制微乳液；
2)向步骤1)制得的微乳液中加入二价金属盐，待二价金属盐完全溶解后加入二价锰盐、三价金属盐或四价钛盐；
3)待步骤2)中的二价锰盐、三价金属盐或四价钛盐溶解后，水热晶化；
4)待步骤3)中的水热晶化完成后，采用乙醇与水的混合溶液进行离心清洗，最后采用乙醇洗涤，干燥得到前体产物；
5)将步骤4)得到的前体产物分散到溶剂中，采用大功率超声仪超声，之后进行低速离心，去除底部沉淀物，再进行高速离心，得到下层沉淀物，即为水滑石量子点电催化剂
优选地，本发明的一种水滑石量子点电催化剂的具体制备步骤如下：
配制微乳限域环境：将异丙醇1-20ml、油胺1-10ml、去离子水0.1-8ml混合，搅拌至溶液均一；油胺选用9-十八烯胺(oleylamine),二正辛胺(dioctylamine),N,N-二甲基十四胺(N,N-dimethyltetradecylamine)中的一种或几种。将0.001-1.00mol的二价金属盐加入到上述配制的微乳液中，完全溶解后，再加入0.001-1.00mol的二价锰盐、三价金属盐或四价钛盐，待溶解后在70-130℃水热晶化6-48h；待水热晶化反应完成后，用体积比为1:1的去离子水和乙醇的混合溶液离心洗涤2-6次，再用无水乙醇洗涤1次，干燥温度为60-90℃，干燥时间为4-16h，即可得到LDHs前体产物。采用微乳液环境制备得到的LDHs前体，有助于控制LDHs尺寸在100nm以内，进而为下一步合成量子点提供良好的基础。而采用共沉淀得到的LDHs前体一般在微米范围，即使采用超声，也很难得到量子级别的LDHs。
将上述制备得到的LDHs前体产物分散在剥层溶剂中，采用大功率超声仪超声剥离1-6h，低速离心，去除底部未超声剥离的沉淀物，高速离心所得下层沉淀即为水滑石量子点电催化剂材料。大功率超声对于LDHs前体在溶液中剥离起到至关重要，通过超声进一步消弱层板之间的作用力，进而可以将LDHs前体剥离，得到LDHs量子点。没有超声剥离方法，将无法打破LDHs层间作用力，无法制备得到LDHs量子点。
优选地，所述剥层溶剂选用N，N-二甲基甲酰胺、甲酰胺、乙醇中的一种或几种。
优选地，所述二价金属盐为硝酸盐或氯化盐；更优选地，为硝酸镍、氯化镍、硝酸锌、氯化锌、硝酸镁、氯化镁、硝酸钙和氯化钙中的一种或几种。
优选地，所述二价锰盐为硝酸锰或氯化锰。在制备步骤中所加入的二价锰盐在反应中会被氧化为三价锰，即产物中的锰为三价锰。
优选地，所述三价金属盐为合成水滑石中常用三价金属盐；更优选地，为硝酸铝、氯化铝、硝酸钴、氯化钴、硝酸铁、氯化铁、硝酸铬和氯化铬中的一种或几种。
优选地，所述四价钛盐为四氯化钛或钛酸四丁脂。
优选地，所述二价金属盐与二价锰盐、三价金属盐或四价钛盐的加入量的摩尔比为1-5:1。
为达到上述第三个目的，本发明还公开了一种水滑石量子点电催化剂在电催化分解水制备氧气中的应用。
优选地，本发明制备得到的水滑石量子点电催化剂应用于电催化反应中，是将水滑石量子点电催化剂涂覆于电化学玻碳电极上，在一定浓度碱液中，采用三电极反应装置，采用Pt为对电极，Ag/AgCl为参比电极，在一定电场辅助下，测试在溶液中电催化分解水产氧，电压随电流的变化。
本发明的有益效果如下：
采用微乳-剥层方法，通过调控插层金属粒子种类，通过构建微乳限域环境调控水滑石大小，合成了系列水滑石量子点电催化剂。该系列水滑石量子点，因为表面含有丰富的缺陷位，以及量子点优越的电子传导能力，具有良好的电催化氧化水制备氧气的催化性能，且过电势明显降低。该量子点催化剂成本低廉，操作简便，工艺简单，催化性能优越，为该类材料在光电催化领域提供了基础应用研究。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为实施例1-3所获得的水滑石量子点前体产物的XRD谱图(曲线a-c分别对应实施例1-3所获得的水滑石量子点前体产物的XRD谱图)；
图2A为实施例1所获得的水滑石量子点电催化剂的透射电镜图；
图2B为实施例2所获得的水滑石量子点电催化剂的透射电镜图；
图2C为实施例3所获得的水滑石量子点电催化剂的透射电镜图；
图2D为对比样品NiTi-LDHs块体的透射电镜图；
图3A为实施例1所获得的水滑石量子点电催化剂的原子力显微图谱；
图3B为实施例2所获得的水滑石量子点电催化剂的原子力显微图谱；
图3C为实施例3所获得的水滑石量子点电催化剂的原子力显微图谱；
图3D为对比样品NiTi-LDHs的原子力显微图谱；
图4为实施例1、2、3及对比样品NiTi-LDHs电催化剂的电催化氧化水电流图谱(曲线a-d分别对应实施例1-3及对比样品NiTi-LDHs电催化剂的电催化氧化水电流图谱)。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
1.NiCo-LDHs水滑石量子点电催化剂的制备：
配制微乳液：将异丙醇5ml、油胺oleylamine 8ml、4ml去离子水加入到烧瓶中，搅拌至溶液均一，即得微乳液环境；将0.0048mol的Ni(NO3)2·6H2O和0.0024mol的Co(NO3)3·9H2O加入到上述配制的微乳液中，待盐溶解后，100℃密闭晶化水热27h。
反应完成后，产物抽滤，用体积比为1:1的去离子水和乙醇的混合溶液离心洗涤3次，再用无水乙醇洗涤1次，离心，60℃干燥14h，即得到NiCo-LDHs量子点前体产物。
上述前体产物分散到甲酰胺中，采用大功率超声仪超声4h，低速离心，去除底部沉淀物，再进行高速离心，得到下层沉淀物，即为NiCo-LDHs量子点电催化剂。
上述制备的NiCo-LDHs量子点电催化剂的化学式为[Ni2+ 1-xCo3+ x(OH)2]x+·(CO3 2-)x/2·mH2O，其中x＝0.5；m为结晶水数量，取值为4。
将上述方法制备得到的NiCo-LDHs量子点电催化剂材料应用于电催化分解水产氧，将NiCo-LDHs量子点电催化剂涂覆于电化学玻碳电极上，在0.1mol/L KOH溶液中，采用三电极反应装置，Pt为对电极，Ag/AgCl为参比电极，在一定电场辅助下，测试在溶液中电催化分解水产氧，检测电压随电流的变化。
2.对比样品NiTi-LDHs的制备：
准确称取0.01mol Ni(NO3)2·3H2O，放入250mL三口烧瓶中，加入100mL去离子水，然后加入0.25ml含0.002mol TiCl4的TiCl4溶液和0.25ml质量浓度为36％的HCl溶液，再称取0.11mol尿素放入三口烧瓶中，搅拌90℃加热回流50h；反应时间结束后，产物抽滤，用去离子水洗涤两次，再用无水乙醇洗涤一次，滤饼于60℃烘箱干燥12h，即得共沉淀法制备得到的对比样品，记为NiTi-LDHs。
对材料进行表征：图1a为上述制备的NiCo-LDHs量子点前体产物的XRD谱图。由图1a可知，通过调控水滑石层板元素组成，可形成良好的水滑石结构，其(003)，(006)，(110)特征峰明显。图2A显示剥层得到的NiCo-LDHs量子点电催化剂的粒径大小大约为6nm，；而采用共沉淀方法得到的对比样品NiTi-LDHs，粒径达到200nm(图2D)。由图3A可知，该类量子点催化剂的厚度为0.8nm，参考文献报道，该量子点对应为单层水滑石量子点。图4a显示，NiCo-LDHs量子点电催化剂的电化学催化性能：在1.8V下，电流为130mA/cm2。相比传统块体NiTi-LDHs(<10mA/cm2)(图4d)大幅提高，且过电势大幅降低为0.20V(参比电流为10mA/cm2)，NiCo-LDH量子点电催化剂具有十分优异的电催化分解水产氧性能。
实施例2
NiFe-LDH水滑石量子点电催化剂的制备：
配制微乳液：将异丙醇3ml、油胺dioctylamine 6ml、5ml去离子水加入到烧瓶中，搅拌至溶液均一；将0.004mol的Ni(NO3)2·6H2O和0.002mol的Fe(NO3)3·9H2O加入到上述配制的微乳液中，待盐溶解后，80℃密闭晶化水热20h。
反应完成后，产物抽滤，用体积比为1:1的去离子水和乙醇的混合溶液离心洗涤3次，再用无水乙醇洗涤1次，离心，90℃干燥6h，即得到NiFe-LDHs量子点前体产物。
上述前体产物分散到N，N-二甲基甲酰胺中，采用大功率超声仪超声6h，低速离心，去除底部沉淀物，再进行高速离心，得到下层沉淀物，即为NiFe-LDHs量子点电催化剂。
上述制备的NiFe-LDHs量子点电催化剂的化学式为[Ni2+ 1-xFe3+ x(OH)2]x+·(CO3 2-)x/2·mH2O，其中x＝0.5；m为结晶水数量，取值为4。
将上述方法制备得到的NiFe-LDHs量子点电催化剂材料应用于电催化分解水产氧，将水滑石量子点电催化剂涂覆于电化学玻碳电极上，在0.1mol/L KOH溶液中，采用三电极反应装置，Pt为对电极，Ag/AgCl为参比电极，在一定电场辅助下，测试在溶液中电催化分解水产氧，检测电压随电流的变化。
对材料进行表征：图1b为上述制备的NiFe-LDHs量子点前体产物的XRD谱图。由图1b可知，通过调控水滑石层板元素组成，可形成良好的水滑石结构，其(003)，(006)，(110)特征峰明显。图2B显示剥层得到的NiFe-LDHs量子点电催化剂的粒径大小大约为10nm，；而采用共沉淀方法得到的对比样品NiTi-LDHs，粒径达到200nm(图2D)。由图3A可知，该类量子点电催化剂的厚度为0.8nm，参考文献报道，该量子点对应为单层水滑石量子点。图4b显示，NiFe-LDH量子点电催化剂的电化学催化性能，在1.8V下，电流为180mA/cm2，相比传统块体NiTi-LDHs(<10mA/cm2)(图4d)大幅提高，且过电势大幅降低为0.17V(参考电流为10mA/cm2)。以上说明NiFe-LDH量子点电催化剂具有十分优异的电催化分解水产氧性能。
实施例3
NiTi-LDH水滑石量子点电催化剂的制备：
配制微乳液：将异丙醇3ml、油胺N,N-dimethyltetradecylamine5ml、7ml去离子水加入到烧瓶中，搅拌至溶液均一；将0.006mol的Ni(NO3)2·6H2O和0.003mil的TiCl4加入到上述配制的微乳液中，待盐溶解后，120℃密闭晶化水热15h。
反应完成后，产物抽滤，用体积比为1:1的去离子水和乙醇的混合溶液离心洗涤2次，再用无水乙醇洗涤1次，离心，70℃干燥10h，即得到NiTi-LDHs量子点前体产物。
上述前体产物分散到N，N-二甲基甲酰胺中，采用大功率超声仪超声5h，低速离心，去除底部沉淀物，再进行高速离心，得到下层沉淀物，即为NiTi-LDHs量子点电催化剂。
上述制备的NiTi-LDHs量子点电催化剂的化学式为[Ni2+ 1-xTi4+ x(OH)2]2x+·(CO3 2-)x·mH2O，其中x＝0.5；m为结晶水数量，取值为4。
将上述方法制备得到的NiTi-LDHs量子点电催化剂材料应用于电催化分解水产氧，将水滑石量子点电催化剂涂覆于电化学玻碳电极上，在0.1mol/L KOH溶液中，采用三电极反应装置，Pt为对电极，Ag/AgCl为参比电极，在一定电场辅助下，测试在溶液中电催化分解水产氧，检测电压随电流的变化。
对材料进行表征：图1c为上述制备的NiTi-LDHs量子点前体产物的XRD谱图。由图1c可知，通过调控水滑石层板元素组成，可形成良好的水滑石结构，其(003)，(006)，(110)特征峰明显。图2C显示剥层得到的NiTi-LDHs量子点电催化剂的粒径大小大约为30nm，；而采用共沉淀方法得到的对比样品NiTi-LDHs，粒径达到200nm(图2D)。由图3a可知，该类量子点电催化剂的厚度为0.8nm，参考文献报道，为单层水滑石量子点。图4c显示，NiTi-LDHs量子点电催化剂的电化学催化性能，在1.8V下，电流为25mA/cm2，相比传统传统块体NiTi-LDHs(<10mA/cm2)(图4d)有明显提高，NiTi-LDHs量子点电催化剂具有十分优异的电催化分解水产氧性能。
实施例4
ZnFe-LDHs水滑石量子点电催化剂的制备：
配制微乳液：将异丙醇3ml、油胺dioctylamine 6ml、3ml去离子水加入到烧瓶中，搅拌至溶液均一；将0.004mol的Zn(NO3)2·6H2O和0.002mol的Fe(NO3)3·9H2O加入到上述配制的微乳液中，待盐溶解后，80℃密闭晶化水热20h。
反应完成后，产物抽滤，用体积比为1:1的去离子水和乙醇的混合溶液离心洗涤3次，再用无水乙醇洗涤1次，离心，90℃干燥6h，即得到ZnFe-LDHs量子点前体产物。
上述前体产物分散到N，N-二甲基甲酰胺中，采用大功率超声仪超声6h，低速离心，去除底部沉淀物，再进行高速离心，得到下层沉淀物，即为ZnFe-LDHs量子点电催化剂。
上述制备的ZnFe-LDHs量子点电催化剂的化学式为[Zn2+ 1-xFe3+ x(OH)2]x+·(CO3 2-)x/2·mH2O，其中x＝0.5；m为结晶水数量，取值为4。
上述ZnFe-LDHs水滑石量子点电催化剂同样具有非常优越的电催化性能，具体电催化分解水性能不一一列举。
实施例5
MgMn-LDHs水滑石量子点电催化剂的制备：
配制微乳液：将异丙醇3ml、油胺N,N-dimethyltetradecylamine 6ml、4ml去离子水加入到烧瓶中，搅拌至溶液均一；将0.004mol的Mg(NO3)2·6H2O和0.001mol的Mn(NO3)2·6H2O加入到上述配制的微乳液中，待盐溶解后，80℃密闭晶化水热20h。
反应完成后，产物抽滤，用体积比为1:1的去离子水和乙醇的混合溶液离心洗涤3次，再用无水乙醇洗涤1次，离心，90℃干燥6h，即得到MgMn-LDHs量子点前体产物。
上述前体产物分散到N，N-二甲基甲酰胺中，采用大功率超声仪超声6h，低速离心，去除底部沉淀物，再进行高速离心，得到下层沉淀物，即为MgMn-LDHs量子点电催化剂。
上述制备的MgMn-LDHs量子点电催化剂的化学式为[Mg2+ 1-xMn3+ x(OH)2]x+·(CO3 2-)x/2·mH2O，其中x＝0.5；m为结晶水数量，取值为4。
上述MgMn-LDHs量子点电催化剂，显而易见，独特的纳米尺寸结构，同样具有非常优越的电催化性能，具体电催化分解水性能不一一列举。
该系列水滑石量子点电催化剂具有优异的电催化分解水产氧性能，归因为量子点尺寸效应，改变了本体电催化剂的电子结构，进而在电场辅助下，电催化剂易于发生电子氧化还原反应，且电子易于传递，且表面大量的缺陷位进而有助于吸附水分子，大幅促进分解水产氧反应。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种水滑石量子点电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)配制微乳液；
2)向步骤1)制得的微乳液中加入二价金属盐，待二价金属盐完全溶解后加入二价锰盐、三价金属盐或四价钛盐；
3)待步骤2)中的二价锰盐、三价金属盐或四价钛盐溶解后，水热晶化；
4)待步骤3)中的水热晶化完成后，采用乙醇与水的混合溶液进行离心清洗，最后采用乙醇洗涤，干燥得到前体产物；
5)将步骤4)得到的前体产物分散到溶剂中，采用大功率超声仪超声剥离，之后进行低速离心，去除底部沉淀物，再进行高速离心，得到下层沉淀物，即为水滑石量子点电催化剂；
所述水滑石量子点电催化剂具有如下化学式（I）：
[M2+ 1-xN3+ x(OH)2]x+·(An-)x/n·mH2O（I）
或者化学式（II）：
[M2+ 1-xY4+ x(OH)2]2x+·(An-)2x/n·mH2O（II）
式（I）、（II）中，M2+选自Ni2+、Zn2+、Mg2+和Ca2+中的一种或几种；N3+选自Co3+、Fe3+、Cr3+、Al3 +、Mn3+中的一种或几种；Y4+为Ti4+；An-是NO3 - 或CO3 2-；0.16 ≤ x ≤ 0.50；n为阴离子的化合价数，m为结晶水数量，0.5 ≤ m ≤ 9；
所述水滑石量子点电催化剂的大小为5 - 100 nm，厚度为0.5 - 5 nm。
2.根据权利要求1所述的一种水滑石量子点电催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1)中，配制微乳液的步骤如下：将异丙醇1-20mL、油胺1-10 mL、去离子水 0.1-8 mL混合并搅拌至溶液均一。
3.根据权利要求1所述的一种水滑石量子点电催化剂的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述二价金属盐选自硝酸镍、氯化镍、硝酸锌、氯化锌、硝酸镁、氯化镁、硝酸钙和氯化钙中的一种或几种；所述二价锰盐为硝酸锰或氯化锰；所述三价金属盐选自硝酸铝、氯化铝、硝酸钴、氯化钴、硝酸铁、氯化铁、硝酸铬和氯化铬中的一种或几种；所述四价钛盐为四氯化钛或钛酸四丁脂。
4.根据权利要求1所述的一种水滑石量子点电催化剂的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述二价金属盐的加入量为0.001-1.00 mol，所述二价锰盐、三价金属盐或四价钛盐的加入量为0.001-1.00 mol。
5.根据权利要求1所述的一种水滑石量子点电催化剂的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述二价金属盐与二价锰盐、三价金属盐或四价钛盐的加入量的摩尔比为1-5:1。
6.根据权利要求1所述的一种水滑石量子点电催化剂的制备方法，其特征在于：步骤3)中，水热晶化的温度为70-130 ℃，时间为6-48 h。
7.根据权利要求1所述的一种水滑石量子点电催化剂的制备方法，其特征在于：步骤4)中，洗涤前体产物的溶液为体积比1:1的去离子水和乙醇的混合溶液，洗涤的次数为2-6次，再用无水乙醇洗涤一次，干燥温度为60-90 ℃，干燥时间为4-16 h。
8.根据权利要求1所述的一种水滑石量子点电催化剂的制备方法，其特征在于：步骤5)中，所述溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺、甲酰胺和乙醇中的一种或几种；优选地，所述超声剥离时间为1 - 6 h。
9.如权利要求1所述的水滑石量子点电催化剂在电催化分解水制备氧气中的应用。
10.根据权利要求9所述的水滑石量子点电催化剂在电催化分解水制备氧气中的应用，其特征在于：将水滑石量子点电催化剂涂覆于电化学玻碳电极上，在碱液中，采用三电极反应装置，测试在溶液中电催化分解水产氧，电压随电流的变化。
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