CN112792350A - 锑和/或铋纳米片、锑烯和/或铋烯及其制法和用途 - Google Patents

锑和/或铋纳米片、锑烯和/或铋烯及其制法和用途 Download PDF

Info

Publication number
CN112792350A
CN112792350A CN201911023629.7A CN201911023629A CN112792350A CN 112792350 A CN112792350 A CN 112792350A CN 201911023629 A CN201911023629 A CN 201911023629A CN 112792350 A CN112792350 A CN 112792350A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bismuth
antimony
nanosheet
thickness
antimonene
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911023629.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112792350B (zh
Inventor
易罗财
温珍海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Original Assignee
Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS filed Critical Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Priority to CN201911023629.7A priority Critical patent/CN112792350B/zh
Publication of CN112792350A publication Critical patent/CN112792350A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112792350B publication Critical patent/CN112792350B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/24—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/054—Nanosized particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/054—Nanosized particles
    • B22F1/0551—Flake form nanoparticles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本申请提供锑和/或铋纳米片、锑烯和/或铋烯及其制备方法。本发明还提供本发明的锑和/或铋纳米片、锑烯和/或铋烯以及本发明方法制得的锑和/或铋纳米片、锑烯和/或铋烯的用途。本申请的方法具有产率高、制备周期短、易于扩大制备等优势。

Description

锑和/或铋纳米片、锑烯和/或铋烯及其制法和用途
技术领域
本发明属于纳米材料领域，具体涉及金属纳米片、金属烯，特别是锑 和/或铋纳米片以及锑烯和/或铋烯；还涉及所述金属纳米、金属烯的制备 方法，更具体而言，所述方法为熔融盐辅助铝热还原法，还涉及本发明金 属纳米片、金属烯和由本发明方法制备的金属纳米片、金属烯的用途。
背景技术
二维材料因具有独特的电学、光学和化学特性，而在过去的几十年引 起了广泛关注。如石墨烯、黑磷等二维材料在电子、能源、环境和生物工 程领域已经取得了巨大的成就。但是，石墨烯本身作为零带隙半金属材料， 在电子和发光二极管领域的应用受限；黑磷则对环境中的水分和氧极度敏 感，其应用同样遭受阻碍。锑(Sb)作为第五主族元素，与黑磷具有类似 的性质，但具有独特的能带结构和良好的稳定性，因而应用前景广泛。
然而，近年来虽然已有报道锑烯或锑纳米片的制备方法，但所报道的 制备方法，例如微机械剥离法、超声或液相剥离法、外延法，均存在缺陷。 机械剥离法制备产率低，传统的液相剥离法制备耗时长，改进的液相剥离 法过程复杂且产率仍待提高，外延法成本高昂。
发明内容
为了解决现有方法存在的问题，现提出一种全新的金属纳米片、金属 烯，以及其制备方法，该方法克服了现有方法的不足，具有产率高、制备 周期短、易于扩大制备等优势。
本发明一方面，提供一种金属纳米片，具体而言，提供一种锑纳米片 材料和/或铋纳米片材料，所述锑纳米片材料和/或铋纳米片材料的厚度分 布度ΔD/Dmax为0.5～0.8之间的任意值；
其中，ΔD＝Dmax—Dmin；
Dmax表示锑纳米片材料和/或铋纳米片材料中，最厚的锑纳米片材料和 /或铋纳米片材料的厚度；
Dmin表示锑纳米片材料和/或铋纳米片材料中，最薄的锑纳米片材料和 /或铋纳米片材料的厚度。
在本发明金属纳米片的一个优选实施方案中，所述锑纳米片材料和/ 或铋纳米片材料的厚度范围为10～100nm之间的任意范围。
优选地，所述锑纳米片材料和/或铋纳米片材料的厚度范围为10～95nm。
更优选地，所述锑纳米片材料和/或铋纳米片材料的厚度范围为 10～90nm。
最优选地，所述锑纳米片材料和/或铋纳米片材料的厚度为 10nm～80nm。
例如，所述锑纳米片材料和/或铋纳米片材料的厚度可为纳10nm、16 nm、17nm、35nm、40nm、45nm、52nm和/或80nm。
本发明的第二方面，提供一种金属烯，具体而言，提供锑烯材料和/ 或铋烯材料，所述锑烯材料和/或铋烯材料的厚度分布度Δd/dmax为0.07～0.3 之间的任意值；
其中，Δd＝dmax—dmin；
dmax表示锑烯材料和/或铋烯材料中，最厚的锑烯材料和/或铋烯材料的 厚度；
dmin表示锑烯材料和/或铋烯材料中，最薄的锑烯材料和/或铋烯材料的 厚度。
在本发明金属烯的一个优选实施方案中，所述锑烯材料和/或铋烯材料 的厚度范围为0.5～1.5nm之间的任意范围；
优选地，所述锑烯材料和/或铋烯材料的厚度为0.75～1.33nm；
更优选地，所述锑烯材料和/或铋烯材料的厚度为0.79～1.2nm。
本发明的第三方面提供一种制备本发明第一方面所提供的锑纳米片 材料和/或铋纳米片材料的方法，所述方法至少包括以下步骤：
将初始原料混合物置于100～300℃的反应温度下反应不少于3小时的 反应时间后，经洗涤、干燥即得所述锑纳米片材料和/或铋纳米片材料；
所述初始原料混合物包括IA族金属氯盐、氯化铝、锑氧化物和/或铋 氧化物、铝粉。
本发明的第四方面提供一种制备本发明第二方面所提供的锑烯材料 和/或铋烯材料的方法，所述方法至少包括以下步骤：
将初始原料混合物置于100～300℃的反应温度下反应不少于3小时的 反应时间后，经洗涤、干燥、超声即得所述锑烯材料和/或铋烯材料；
所述初始原料混合物包括IA族金属氯盐、氯化铝、锑氧化物和/或铋 氧化物、铝粉。
在本发明方法的一个优选实施方案中，初始原料混合物中包括：
5～25重量份的IA族金属氯盐；
40～70重量份的氯化铝；
10～35重量份的锑氧化物和/或铋氧化物；
3～15重量份的铝粉；
在本发明方法的一个更优选实施方案中，所述初始原料混合物中包括：
10～20重量份的NaCl和/或KCl；
40～50重量份的氯化铝；
15～30重量份的锑氧化物和/或铋氧化物；
5～12重量份的铝粉。
在本发明方法的一个更优选实施方案中，反应温度为115℃～300℃；
所述反应时间为3～8小时；优选地，所述反应时间为4～6小时。
在本发明方法的一个优选实施方案中，所述超声的条件为：功率 80-650瓦，优选90-600瓦，更优选100～500瓦；超声时间为10～120分钟， 优选20～100分钟，更优选30～60分钟。
在本发明的方法中，各反应物质可以一次性或者分批加入反应器中。 本发明方法适用的反应器为材料合成领域常用的反应器，可以是实验室或 工业上常用的反应器，如市售的圆底烧瓶、试管等。条件是，反应器本身 的材料不与本发明方法所用各物质发生化学反应，即不使本发明方法所用 各物质的性态发生改变。
使用本发明的方法制备的纳米金属片，具体为锑纳米片和铋纳米片， 在不同的反应温度下，呈现出外观形态(如图1、图2-1和图2-2所示)、 结晶状态(如图3-1、图3-2所示)、微观结构不同(如图4-1至图5-2所 示)。
本发明基于熔融盐辅助铝热还原法制备纳米金属片，具体而言，制备 锑纳米片和铋纳米片。在本发明的方法中，锑纳米片和铋纳米片在低共熔 盐体系的存在下制备。
如本领技术人员所熟知的，“低共熔”指的是使两种或两种以上物质 混合后，出现润湿或液化现象的现象。具体到本发明而言，“低共熔盐体 系”为混合后出现润湿或液化现象的体系。在本发明的方法中，IA族金属 氯盐和氯化铝形成低共熔盐体系。
根据本发明的方法获得的锑或铋纳米片的产率可为85％以上，优选为 85％-100％，更优选89-100％，例如为89.59％、90.33％、93.31％、～100％。
根据本发明的方法获得的锑纳米片在紫外光、可见光、近红外光区域， 光吸收效率均高于商业化的锑粉。根据本发明的方法获得的铋纳米片在紫 外光、可见光、近红外光区域，具有与商业化的铋粉相当的光吸收效率。
本发明的第五方面提供本发明第一方面所提供锑纳米片材料和/或铋 纳米片材料、本发明第二方面所提供的锑烯材料和/或铋烯材料、根据本发 明第三方面方法制备的锑纳米片材料和/或铋纳米片材料、根据本发明的第 四方面制备的锑纳米片材料和/或铋纳米片材料的至少一种在电催化CO2制甲酸燃料中的应用。
本发明的有益效果包括但不限于：
本发明的锑纳米片的制备方法利用低共熔盐体系、VA族金属和铝粉 (Al)为反应原料，制备金属纳米片。所述方法具有产率高、成本低、效 率高、易于扩大制备等有益效果，具有商业化应用潜力。
并且，本发明方法制得的金属纳米片还可通过简单的方法，例如超声 法，进一步分离为超薄金属纳米片。
附图说明
本发明通过以下附图进一步解释，但并不限于此。
图1为熔盐辅助铝热还原Sb2O3(图1-1)和Bi2O3(图1-2)反应前 后的数码照片。
图2-1为商业Sb2O3、商业Sb粉以及本发明方法在115℃(Sb-115， 下同)、200℃(Sb-200，下同)、300℃(Sb-300，下同)反应温度下制备 的Sb纳米金属片的数码照片。
图2-2为商业Bi2O3、商业Bi粉以及本发明方法在115℃(Bi-115，下 同)、200℃(Bi-200，下同)、300℃(Bi-300，下同)反应温度下制备的 Bi纳米金属片的数码照片。
图3-1为为商业Sb粉以及本发明方法在115℃、200℃、300℃反应温 度下制备的Sb纳米金属片的UV-Vis-NIR漫反射谱(图3-1(a))和样品在 紫外光、可见光、近红外光区域内的平均光吸收效率图(图3-1(b))。
图3-2为商业Bi粉以及本发明方法在115℃、200℃、300℃反应温度 下制备的Bi纳米金属片的UV-Vis-NIR漫反射谱(图3-2(a))和样品在紫 外光、可见光、近红外光区域内的平均光吸收效率图(图3-2(b))。
图4-1为商业Sb粉以及本发明方法在115℃、200℃、300℃反应温度 下制备的Sb纳米金属片的X射线衍射仪(XRD)测试结果。
图4-2为商业Bi粉以及本发明方法在115℃、200℃、300℃反应温度 下制备的Bi纳米金属片的XRD测试结果。
图5-1为本发明方法在115℃、200℃、300℃反应温度下制备的Sb纳 米金属片的扫描电子显微镜(SEM)图。
图5-2为本发明方法在115℃、200℃、300℃反应温度下制备的Bi纳 米金属片的SEM图。
图6-1为商业Sb2O3、商业Sb粉的SEM图。
图6-2为商业Bi2O3、商业Bi粉的SEM图。
图7-1为在300℃反应温度下制备的Sb纳米金属片经超声分离后的透 射电子显微镜(TEM)(图7-1(a)-(b))、高分辨透射电子显微镜(HRTEM) (图7-1(c))、选区电子衍射(SAED)(图7-1(d))图。
图7-2为在300℃反应温度下制备的Bi纳米金属片经超声分离后的透 射电子显微镜(TEM)(图7-2(a)-(b))、高分辨透射电子显微镜(HRTEM) (图7-2(c))、选区电子衍射(SAED)(图7-1(d))图。
图8-1为在300℃反应温度下制备的Sb纳米金属片经超声分离后的 原子力显微镜(AFM)图(图8-1(a))及高度轮廓分布图(图8-1(b))。
图8-2为在300℃反应温度下制备的Bi纳米金属片经超声分离后的 AFM图(图8-2(a))及高度轮廓分布图(图8-2(b))。
图9为在300℃反应温度下制备的Bi纳米金属片进行电化学CO2还 原测试时的时间-电流曲线、生成甲酸盐的法拉第效率图(图9(a))和电解 过程中电解液中的Bi含量、甲酸盐产量随时间的变化情况(图9(b))。
图10为电催化CO2还原24h后阴极产生的甲酸盐产物经核磁共振谱 仪检测的结果。
具体实施方式
本发明将结合以下实施方式和实施例详述，但本不局限于此。
在本说明书中，如无相反说明，则各物质的量均指重量，百分比均指 重量百分比，份均指重量份。如无具体说明，所有操作均在常温常压下进 行。
实施例
本发明将参考以下实施例进行详细阐述，所述实施例仅为说明目的， 而无意于限制本发明的范围。如无特别说明，实施例中所用原料均为商 业购买后未经任何处理直接使用，所用仪器均采用厂家推荐参数。
原料和仪器
铝粉，型号为200目，购自安耐吉化学技术(上海)有限公司；
超声仪，型号为KQ3200DE，购自昆山市超声仪器有限公司；
数码相机，型号为小米8青春版，购自北京小米科技有限责任公司；
X射线衍射仪，型号为Miniflex600，购自日本理学株式会社；
扫描电子显微镜，型号为JSM6700-F，购自日本电子株式会社；
高分辨透射电子显微镜，型号为Tecnai F20，购自美国FEI公司；
原子力显微镜，型号为Dimension ICON，购自德国布鲁克公司；
分光光度计，型号为Lambda 950，购自珀金埃尔默仪器有限公司；
电化学工作站，型号为CHI660E，购自上海辰华仪器有限公司；
核磁共振谱仪，型号为JNM-ECZ400S，购自日本电子株式会社。
实施例1制备锑纳米片和极薄锑纳米片
首先将氯化钠(NaCl)、氯化铝(AlCl3)、氧化锑(Sb2O3)和铝粉(Al) 按照表1所示的量混合均匀后放置于试管中，随后将装有所述物质的试管 如表1所示温度的加热器内反应5小时，反应完毕后取出试管，自然冷却 后，向反应后的试管中注入300ml去离子水，随后加入30ml浓盐酸酸洗， 最后离心，并依次用体积比去离子水：浓盐酸＝1:10的稀盐酸150ml、150ml 去离子水、50ml乙醇洗涤。干燥，得到产物为锑纳米片。
将如上制得锑纳米片以10g·L-1的浓度分散于乙醇中，在500瓦的功 率下超声30分钟，得到极薄锑纳米片(锑烯)。
实施例2-3制备锑纳米片和极薄锑纳米片
锑纳米片制法如实施例1所述，不同之处在于根据表2改变各物质用 量。
薄锑纳米片的制备如实施例1所述。
实施例4-6制备铋纳米片和极薄锑铋纳米片
铋纳米片制法如实施例1所述，不同之处在于，将氧化锑替换为氧化 铋(Bi2O3)，并按照表2所示调整各物质的量。
极薄铋纳米片(铋烯)的制备如实施例1所述。
表1制备锑纳米片的原料及用量
Figure BDA0002247994020000081
表2制备铋纳米片的原料及用量
Figure BDA0002247994020000082
性能测试
外观形态
使用数码相机拍摄根据实施例1-3进行Sb2O3熔盐辅助铝热还原反应 前后的数码照片(如图1-1所示)。可见，通过本发明的熔盐辅助铝热还原 法，制备的Sb纳米金属片外观均形成黑色产物；没有熔盐辅助的反应， 即使反应温度达到300℃，该反应也不能进行。由此说明，通过加入熔盐 可有效的促成Sb2O3铝热还原反应
使用数码相机拍摄根据实施例1至3制备的Sb纳米金属片的数码照 片，同时拍摄商业Sb2O3、商业Sb粉的数码照片(如2-1所示)进行比较。 比较可知，本申请制备的Sb纳米金属片的外观均呈现深灰色甚至接近黑 色，比商业化的灰色Sb粉颜色更深。这可以说明，熔盐辅助的铝热还原 法可有效的将白色的商业Sb2O3粉末还原成Sb，同时所制备的Sb纳米片相比于商业化的灰色Sb粉将具有更强的光吸收能力。
使用数码相机拍摄根据实施例4至6进行Bi2O3熔盐辅助铝热还原反 应前后的数码照片(如图1-2所示)。可见，通过本发明的熔盐辅助铝热还 原法，制备的Bi纳米金属片外观均形成黑色产物；没有熔盐辅助的反应， 即使反应温度达到300℃，该反应也不能进行。由此说明，通过加入熔盐 可有效的促成Bi2O3铝热还原反应。
使用数码相机拍摄根据实施例4至6制备的Bi纳米金属片的照片， 同时拍摄商业Bi2O3、商业Bi粉的数码照片(如图2-2所示)进行比较。 比较可知，本申请制备的Bi纳米金属片的外观均呈现深灰色甚至接近黑 色，比商业化的灰色Bi粉颜色更深。这可以说明，熔盐辅助的铝热还原 法可有效的将黄色的商业Bi2O3粉末还原成Bi，同时所制备的Bi纳米片 相比于商业化的灰色Bi粉将具有更强的光吸收能力。
产率
本申请的实施例1-6中，金属锑或铋纳米片的产率通过以下方式进行 计算：
Figure BDA0002247994020000091
Q：产率
N：一个氧化物分子中所含金属锑或铋原子个数
m产物：最终得到的金属锑或铋产物质量(g)
m原料：加入的金属氧化物氧化锑或氧化铋原料质量(g)
M原料：加入的金属氧化物氧化锑或氧化铋的相对分子质量(g/mol)
M产物：最终得到的金属锑或铋产物的相对原子质量(g/mol)
表3锑纳米片、铋纳米片的产率
实施例编号 纳米片产率，％
1 ～100％
2 ～100％
3 ～100％
4 93.31％
5 90.33％
6 89.59％
紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)光吸收性能分析
利用珀金埃尔默仪器有限公司生产的型号为Lambda 950的紫外-可见 -近红外分光光度计进行UV-Vis-NIR光吸收性能分析。
对实施例1至6中的样品进行UV-Vis-NIR漫反射表征，表征结果典 型的如图3-1至3-2所示。并通过以下公式进行计算得材料的光吸收效率， 如表4所示。
Figure BDA0002247994020000101
A：样品的光吸收效率
R：样品的光反射效率
S：光谱辐照度(W m-2nm-1)
λ：光波波长(nm)
表4实施例1至6中的样品在紫外光、可见光、近红外光区域的光吸收效 率
样品 紫外光(％)<sup>a)</sup> 可见光(％)<sup>b)</sup> 红外光(％)<sup>c)</sup>
商业Sb粉 70.91 67.75 68.50
实施例1 83.47 84.41 84.25
实施例2 81.36 82.46 82.69
实施例3 84.43 84.26 83.47
商业Bi粉 78.62 80.31 78.65
实施例4 78.91 75.34 80.39
实施例5 80.17 79.14 78.57
实施例6 80.86 80.60 82.12
a)紫外光:λ≤400nm；b)可见光:400<λ≤760nm；c)红外光:λ≥760nm。
图3-1为实施例1至3中样品UV-Vis-NIR图和样品在不同光波区域 内的平均光吸收效率图，分别示出本发明方法在115℃、200℃、300℃反 应温度下制备的Sb纳米金属片的UV-Vis-NIR测试结果和样品在不同光 波区域内的平均光吸收效率。从图中可以看出反应温度为115℃、200℃、 300℃形成的产物均在紫外光、可见光、近红外光区域，光吸收效率均高 于商业化的Sb粉。实施例3的平均光吸收效率最高，在紫外光、可见光、 近红外光区域内分别达到84.43、84.26、83.47的平均光吸收效率。
图3-2为实施例4至6中样品UV-Vis-NIR图和样品在不同光波区域 内的平均光吸收效率图，分别示出本发明方法在115℃、200℃、300℃反 应温度下制备的Bi纳米金属片的UV-Vis-NIR测试结果和样品在不同光波 区域内的平均光吸收效率。从图中可以看出反应温度为115℃、200℃、 300℃形成的产物在紫外光、可见光、近红外光区域，具有与商业化的Bi 粉相当的光吸收效率。
X射线衍射仪(XRD)分析
利用日本理学株式会社生产的型号为Miniflex600的X射线衍射仪 进行XRD分析。
对实施例1至6中的样品进行XRD表征，表征结果典型的如图4-1 至4-2所示。
图4-1为实施例1至3中样品XRD图，分别示出本发明方法在115℃、 200℃、300℃反应温度下制备的Sb纳米金属片的XRD测试结果。从图中 可以看出反应温度为115℃、200℃、300℃形成的产物均具有Sb(JCPDS： 25-0732)，与商业Sb粉具有相同的晶体结构，同时没有发现其他杂相。
图4-2为实施例4至6中样品XRD图，分别示出本发明方法在115℃、 200℃、300℃反应温度下制备的Bi纳米金属片的XRD测试结果。从图中 可以看出反应温度为115℃、200℃、300℃形成的产物均具有Bi(JCPDS： 44-1246)，与商业Bi粉具有相同的晶体结构，同时没有发现其他杂相。
扫描电子显微镜(SEM)分析
利用日本电子株式会社生产的型号为JSM6700-F的SEM分析。
对实施例1至6中的样品进行SEM表征，表征结果典型的如图5-1 至5-2所示。
图5-1为实施例1至3中样品SEM照片，分别示出本发明方法在115℃、 200℃、300℃反应温度下制备的Sb纳米金属片的SEM照片。可以看出， 与纳米级颗粒状的商业Sb粉(SEM图如图6-1所示)相比，本发明的Sb 纳米片均呈现纳米片状形貌结构，片层厚度约为10～100nm。具体而言， 实施例1的Sb纳米金属片(115℃)的厚度为40nm、45nm；实施例2 的Sb纳米金属片(200℃)的厚度为45nm、52nm；实施例3的Sb纳米 金属片(300℃)的厚度为17nm、35nm。
图5-2为实施例4-6中样品SEM照片，分别示出本发明方法在115℃、 200℃、300℃反应温度下制备的Bi纳米金属片的SEM照片。可以看出， 与微米级块状的商业Bi2O3粉(SEM图如图6-2所示)，本发明的Bi纳米 片均呈现纳米片状形貌结构，片层厚度约为10～100nm。具体而言，实施 例4的Bi纳米金属片(115℃)的厚度为40nm、80nm；实施例5的Bi 纳米金属片(200℃)的厚度为16nm、35nm；实施例6的Bi纳米金属片 (300℃)的厚度为10nm、35nm。
高分辨透射电子显微镜分析
利用美国FEI公司生产的型号为Tecnai F20的透射电子显微镜进行TEM、HRTEM、SAED分析。
用高分辨透射电子显微镜分析实施例3和实施例6制备的锑纳米片或 铋纳米片经超声后得到的极薄锑纳米片(锑烯)或极薄铋纳米片(铋烯) 样品，表征结果典型的如图7-1至7-2所示。
图7-1为实施例3中在300℃反应温度下制备的Sb纳米金属片经超声 分离后的制备极薄锑纳米片(锑烯)的TEM(图7-1(a)-(b))、HRTEM) (图7-1(c)、SAED(图7-1(d))图。可以看出实施例3所得样品经超声 处理后，仍保持原先的片层形貌，且晶面间距
Figure BDA0002247994020000131
对应Sb(JCPDS： 44-1246)的(104)晶面，为单晶结构，与其PXRD结果一致。
图7-2为实施例6中在300℃反应温度下制备的Bi纳米金属片经超声 分离后的制备极薄铋纳米片(铋烯)的TEM(图7-2(a)-(b))、HRTEM(图 7-2(c))、SAED(图7-1(d))。可以看出实施例6所得样品经超声处理后， 仍保持原先的片层形貌，且晶面间距
Figure BDA0002247994020000132
Figure BDA0002247994020000133
分别对应Bi(JCPDS： 44-1246)的(104)和(021)晶面，为单晶结构，与其PXRD结果一致。
原子力显微镜分析
利用德国布鲁克公司生产的型号为Dimension ICON的原子力显微 镜进行AFM分析，
图8-1为实施例3在300℃反应温度下制备的Sb纳米金属片经超声 分离后的AFM图(图8-1(a))及高度轮廓分布图(图8-1(b))。可以看出 该样品平均厚度约为1.2nm。
图8-2为实施例6在300℃反应温度下制备的Bi纳米金属片经超声分 离后的AFM图(图8-2(a))及高度轮廓分布图(图8-2(b))。可以看出该 样品平均厚度约为0.79nm。
电催化CO2还原性能
利用上海辰华仪器有限公司生产的型号为CHI660E的电化学工作站 进行电催化CO2还原性能分析。下文以Bi为例进行Bi的CO2还原性能 分析。
图9为实施例6在300℃反应温度下制备的Bi纳米金属片的电催化 CO2还原电流时间分布、产生甲酸法拉第效率图(图9(a))及甲酸盐产量、 Bi在阴阳极电解液中含量随时间的变化图(图9(b))。可以看出该样品可 以稳定电解超过750h。在前564h电解过程中该样品将CO2转化为甲酸盐 的平均法拉第效率约为51％，甲酸盐总产量达213.10mmol(浓度达到0.17M)，Bi在电解液中的总溶出量仅为0.48％，表现出良好的电催化还原 CO2稳定性。相关的参数随时间变化情况如表5所示。
Sb的CO2还原性能分析以上述方式类似地进行。
表5生成甲酸盐的法拉第效率、甲酸盐产量、阴阳极液中Bi含量随时间 变化情况
Figure BDA0002247994020000141
电催化CO2还原产物检测
利用日本电子株式会社生产的型号为JNM-ECZ400S的核磁共振谱 仪电催化CO2还原产物检测。
图10为实施例6在300℃反应温度下制备的Bi纳米金属片的电催化 CO2还原24h后阴极电解液的核磁共振检测结果。可以看出阴极电解液中 除去水峰和内标物二甲亚砜(DMSO)外，仅检测到甲酸根离子，说明所 制备的Bi纳米金属片可有效的将CO2电催化转变成甲酸盐。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限 制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何 熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭 示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术 方案范围内。

Claims (10)

1.锑纳米片材料和/或铋纳米片材料，其特征在于，所述锑纳米片材料和/或铋纳米片材料的厚度分布度ΔD/Dmax为0.5～0.8之间的任意值；
其中，ΔD＝Dmax—Dmin；
Dmax表示锑纳米片材料和/或铋纳米片材料中，最厚的锑纳米片材料和/或铋纳米片材料的厚度；
Dmin表示锑纳米片材料和/或铋纳米片材料中，最薄的锑纳米片材料和/或铋纳米片材料的厚度。
2.根据权利要求1所述的锑纳米片材料和/或铋纳米片材料，其特征在于，所述锑纳米片材料和/或铋纳米片材料的厚度范围为10～100nm之间的任意范围；
优选地，所述锑纳米片材料和/或铋纳米片材料的厚度范围为10～95nm；
更优选地，所述锑纳米片材料和/或铋纳米片材料的厚度范围为10～90nm；
最优选地，所述锑纳米片材料和/或铋纳米片材料的厚度为10nm～80nm。
3.锑烯材料和/或铋烯材料，其特征在于，所述锑烯材料和/或铋烯材料的厚度分布度Δd/dmax为0.07～0.3之间的任意值；
其中，Δd＝dmax—dmin；
dmax表示锑烯材料和/或铋烯材料中，最厚的锑烯材料和/或铋烯材料的厚度；
dmin表示锑烯材料和/或铋烯材料中，最薄的锑烯材料和/或铋烯材料的厚度。
4.根据权利要求3所述的锑烯材料和/或铋烯材料，其特征在于，所述锑烯材料和/或铋烯材料的厚度范围为0.5～1.5nm之间的任意范围；
优选地，所述锑烯材料和/或铋烯材料的厚度为0.75～1.33nm；
更优选地，所述锑烯材料和/或铋烯材料的厚度为0.79～1.2nm。
5.制备权利要求1或2所述锑纳米片材料和/或铋纳米片材料的方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：
将初始原料混合物置于100～300℃的反应温度下反应不少于3小时的反应时间后，经洗涤、干燥即得所述锑纳米片材料和/或铋纳米片材料；
所述初始原料混合物包括IA族金属氯盐、氯化铝、锑氧化物和/或铋氧化物、铝粉。
6.制备权利要求3或4所述锑烯材料和/或铋烯材料的方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：
将初始原料混合物置于100～300℃的反应温度下反应不少于3小时的反应时间后，经洗涤、干燥、超声即得所述锑烯材料和/或铋烯材料；
所述初始原料混合物包括IA族金属氯盐、氯化铝、锑氧化物和/或铋氧化物、铝粉。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述初始原料混合物中包括：
5～25重量份的IA族金属氯盐；
40～70重量份的氯化铝；
10～35重量份的锑氧化物和/或铋氧化物；
3～15重量份的铝粉；
优选地，所述初始原料混合物中包括：
10～20重量份的NaCl和/或KCl；
40～50重量份的氯化铝；
15～30重量份的锑氧化物和/或铋氧化物；
5～12重量份的铝粉。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述反应温度为115℃～300℃；
所述反应时间为3～8小时；优选地，所述反应时间为4～6小时。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述超声的条件为：功率80-650瓦，优选90-600瓦，更优选100～500瓦；超声时间为10～120分钟，优选20～100分钟，更优选30～60分钟。
10.权利要求1或2所述锑纳米片材料和/或铋纳米片材料、权利要求3或4所述制备的锑烯材料和/或铋烯材料中以及根据权利要求5-9任一项所述的方法制备的锑纳米片材料和/或铋纳米片材料、锑烯材料和/或铋烯材料的至少一种在电催化CO2制甲酸燃料中的应用。
CN201911023629.7A 2019-10-25 2019-10-25 锑和/或铋纳米片、锑烯和/或铋烯及其制法和用途 Active CN112792350B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911023629.7A CN112792350B (zh) 2019-10-25 2019-10-25 锑和/或铋纳米片、锑烯和/或铋烯及其制法和用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911023629.7A CN112792350B (zh) 2019-10-25 2019-10-25 锑和/或铋纳米片、锑烯和/或铋烯及其制法和用途

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112792350A true CN112792350A (zh) 2021-05-14
CN112792350B CN112792350B (zh) 2022-04-19

Family

ID=75802899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911023629.7A Active CN112792350B (zh) 2019-10-25 2019-10-25 锑和/或铋纳米片、锑烯和/或铋烯及其制法和用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112792350B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220081802A1 (en) * 2020-09-14 2022-03-17 Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University Layered group iii-v compound and nanosheet containing antimony, and electrical device using the same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023224579A1 (en) * 2022-05-20 2023-11-23 Koc Universitesi Bismuthene as a versatile photocatalyst operating under variable conditions for the photoredox c–h bond functionalization

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100803049B1 (ko) * 2007-08-31 2008-02-22 (주)제이피에스 마이크로텍 마이크로파를 이용한 박편상의 산화알루미늄 제조방법
CN105798321A (zh) * 2016-01-29 2016-07-27 宁波工程学院 一种半金属铋纳米带、纳米球及其制备方法
CN107008473A (zh) * 2017-05-18 2017-08-04 江苏大学 一种三维结构钛酸铋纳米片/氯氧铋纳米片复合光催化剂及其制备方法
CN108147457A (zh) * 2017-12-26 2018-06-12 清华大学 制备铋系氧化物纳米片的方法和铋系氧化物纳米片的应用
CN108145171A (zh) * 2017-12-26 2018-06-12 深圳大学 一种铋烯纳米片及其制备方法
CN108275721A (zh) * 2018-04-04 2018-07-13 湘潭大学 一种{010}高能晶面暴露BiOCl纳米片材料的制备方法及其应用
CN108284220A (zh) * 2017-12-26 2018-07-17 深圳大学 一种铋烯纳米片及其制备方法
CN108480657A (zh) * 2018-05-21 2018-09-04 许昌学院 一种铋纳米片、其制备方法及其应用
CN109721057A (zh) * 2018-12-29 2019-05-07 安徽工业大学 一种纳米硅的高效低温熔盐制备方法
CN109967066A (zh) * 2019-03-06 2019-07-05 浙江大学 纳米片结构的钼酸铋催化剂在催化合成1，3-丁二烯中的应用
CN110342934A (zh) * 2019-06-19 2019-10-18 西安交通大学 一种微米级片状铌酸钠晶体及其制备方法和应用

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100803049B1 (ko) * 2007-08-31 2008-02-22 (주)제이피에스 마이크로텍 마이크로파를 이용한 박편상의 산화알루미늄 제조방법
CN105798321A (zh) * 2016-01-29 2016-07-27 宁波工程学院 一种半金属铋纳米带、纳米球及其制备方法
CN107008473A (zh) * 2017-05-18 2017-08-04 江苏大学 一种三维结构钛酸铋纳米片/氯氧铋纳米片复合光催化剂及其制备方法
CN108147457A (zh) * 2017-12-26 2018-06-12 清华大学 制备铋系氧化物纳米片的方法和铋系氧化物纳米片的应用
CN108145171A (zh) * 2017-12-26 2018-06-12 深圳大学 一种铋烯纳米片及其制备方法
CN108284220A (zh) * 2017-12-26 2018-07-17 深圳大学 一种铋烯纳米片及其制备方法
CN108275721A (zh) * 2018-04-04 2018-07-13 湘潭大学 一种{010}高能晶面暴露BiOCl纳米片材料的制备方法及其应用
CN108480657A (zh) * 2018-05-21 2018-09-04 许昌学院 一种铋纳米片、其制备方法及其应用
CN109721057A (zh) * 2018-12-29 2019-05-07 安徽工业大学 一种纳米硅的高效低温熔盐制备方法
CN109967066A (zh) * 2019-03-06 2019-07-05 浙江大学 纳米片结构的钼酸铋催化剂在催化合成1，3-丁二烯中的应用
CN110342934A (zh) * 2019-06-19 2019-10-18 西安交通大学 一种微米级片状铌酸钠晶体及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YI, ZHENG等: "Preparation of Sb nanoparticles in molten salt and their potassium storage performance and mechanism", 《NANOSCALE》 *
甘培原等: "NaF-NaCl-KCl-ScF3熔盐体系中铝热还原Sc2O3制备Al-Sc中间合金", 《稀有金属与硬质合金》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220081802A1 (en) * 2020-09-14 2022-03-17 Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University Layered group iii-v compound and nanosheet containing antimony, and electrical device using the same
US11643753B2 (en) * 2020-09-14 2023-05-09 Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University Layered group III-V compound and nanosheet containing antimony, and electrical device using the same

Also Published As

Publication number Publication date
CN112792350B (zh) 2022-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10472242B2 (en) Method for preparing graphene by using high speed homogenization pretreatment and high pressure homogenation
Pazniak et al. Ti3C2Tx MXene characterization produced from SHS-ground Ti3AlC2
Chen et al. Fabrication of three-dimensional graphene/Cu composite by in-situ CVD and its strengthening mechanism
CN110892570B (zh) MXene粒子材料、浆料、二次电池、透明电极、MXene粒子材料的制造方法
Azam et al. Formation and characterization of ZnO nanopowder synthesized by sol–gel method
Wang et al. Aqueous solution fabrication of large-scale arrayed obelisk-like zinc oxide nanorods with high efficiency
CN112792350B (zh) 锑和/或铋纳米片、锑烯和/或铋烯及其制法和用途
Numan et al. Microwave-assisted rapid MAX phase etching and delamination: A paradigm shift in MXene synthesis
CN110294495B (zh) 一种制备TaO2F纳米棒的方法
US9434664B2 (en) Preparation method for edge-fluorinated graphite via mechanic-chemical process
Londoño‐Calderon et al. 1D to 2D transition in tellurium observed by 4D electron microscopy
Zhang et al. The effect of ultrasound on synthesis and energy storage mechanism of Ti3C2Tx MXene
Qi et al. The mechanical properties of polyethylene/graphene nanocomposites by in-situ synthesis
Sartale et al. Novel electrochemical process for the deposition of nanocrystalline NiFe2O4 thin films
Yamashita et al. The relationships between microstructure and crystal structure in zincite solid solutions
Das et al. Pressure-induced assemblies and structures of graphitic-carbon sheet encapsulated Au nanoparticles
Rountree et al. Graphene reflux: improving the yield of liquid-exfoliated nanosheets through repeated separation techniques
Ramazanov et al. Metallopolymer Nanocomposites Based on PP/Ni: Structure and Electrophysical Properties.
CN115367754B (zh) 由MXene转化制备MAX相材料的方法及用途
Hu et al. Electrochemical assembly of ZnO architectures via deformation and coalescence of soft colloidal templates in reverse microemulsion
Ho et al. Synthesis of Hybrid Reduced Graphene Oxide Decorated with Ru (bpy) 2+ 3-Doped Silica Nanoparticles
Limaye et al. Strain and charge doping effect in MoS2 sheets decorated with AgFeO2 particles
Wang et al. Synthesis of ultra-thin gold nanosheets composed of steadily linked dense nanoparticle arrays using magnetron sputtering
Juangsa et al. Nonthermal plasma synthesis of silicon nanoparticles and their thermal transport properties
Syuy et al. Effective Method for the Determination of the Unit Cell Parameters of New MXenes. Materials 2022, 15, 8798

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant