科学家实现单层复合氢氧化物类材料规模化合成

“水滑石”是一类阴离子插层层状材料，其主体层板一般由两种金属氢氧化物组成，层间插层阴离子，也被称为层状双金属氢氧化物(LDHs)。为推动其在光电催化领域中的应用，科学家一直在探索这类单层材料的规模化合成。

日前，北京化工大学化学学院宋宇飞教授、赵宇飞教授团队开发出一种新方法，成功制备多品种单层LDHs纳米片，并将其应用于光催化二氧化碳还原和电催化水氧化，该方法有望实现在短时间内大量制备单层LDHs。

LDHs作为一种典型的阴离子插层2D材料，在光/电催化领域显示出广泛的应用。特别是单层的LDHs，由于其富有大量的缺陷，展现出更加优异的光电催化性能。例如，已有研究表明，含有丰富缺陷的单层NiAl-LDH在大于600 nm波长下可实现光催化二氧化碳还原生成一氧化碳和甲烷(含C产物选择性100%)。

研究人员意识到，目前合成单层LDHs的策略难以满足工业化大规模生产要求，或者需要昂贵的设备。想要实现LDHs的工业应用，迫切需要开发一种合适的方法来实现规模化合成单层LDHs。为此，该研究团队借助胶体磨反应器，采用已经商业化的成核晶化隔离法，成功制备了多品种单层LDHs纳米片，并将其应用于光催化二氧化碳还原和电催化水氧化。

北京化工大学化学学院的科研团队介绍，他们用成核晶化隔离法(SNAS)法，通过调控胶体磨反应器的转速，盐溶液浓度，在添加少量的层生长抑制剂(甲酰胺)条件下，开发了一种可用于规模化合成单层LDH的简便方法。

实验证明，通过该方法获得的单层LDHs纳米片的厚度约1 nm左右，富含大量的缺陷，其在二氧化碳光还原中表现出优异的活性。在可见光下，对甲烷的选择性为81.75%，可抑制氢的选择性小于3%。

同时，该团队使用氨水溶液作为共沉淀剂，实现了短时间内大量合成无有机溶剂添加的单层LDHs产品，合成的单层NiFe-LDH展现出优异的析氧反应(OER)性能。

在研究人员看来，此项工作展现了SNAS法单次可大量制备的优势，为合成单层LDHs提供了一种简单、节能且普遍适用的策略，为单层LDHs的工业化生产奠定了基础。

(来源：中国科学报)