水滑石結(jié)構(gòu)性能與制備方法研究綜述

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1、水滑石結(jié)構(gòu)性能與制備方法研究綜述摘要：水滑石化合物(LDH)是一類陰離子層狀化合物，具有堿性和酸性特征、層間陰離子的可交換性、微孔結(jié)構(gòu)和記憶效應(yīng)。本文簡單介紹了LDH材料的結(jié)構(gòu)、性能及主要的制備方法，并比較了各種制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)基于水滑石以上的特征對水滑石作為多功能材料的制備進(jìn)行簡單的闡述。關(guān)鍵詞：層狀雙金屬氫氧化物；水滑石；硅烷改性；制備方法一.前言：水滑石類化合物包括水滑石(Hydrotalcite，HT)和類水滑石(Hydrotalcite一LikecomPounds，HTLcs)，

2、其主體一般由兩種金屬的氫氧化物構(gòu)成，又稱為層狀雙金屬氧化物(LayeredDoubleHydroxide，LDH)。水滑石的插層化合物稱為插層水滑石。水滑石、類水滑石和插層水滑石統(tǒng)稱為水滑石類插層材料(LDHs)[1]。由于水滑石自身的特點(diǎn)賦予了其潛在的應(yīng)用性能，激發(fā)了大量的科研工作者研究興趣，主要涉及水滑石結(jié)構(gòu)特征的探知，不同類型水滑石的制備、水滑石的不同制備方法及水滑石的改性等。由于有關(guān)水滑石的結(jié)構(gòu)、性能、制備方法等沒有較統(tǒng)一的研究與分析，不利與有關(guān)水滑石的更深層次的研究，同時(shí)也降低了科研效

3、率。基于有關(guān)水滑石研究的這些缺陷，本文對水滑石的結(jié)構(gòu)特征、制備方法、性能探測等方面進(jìn)行了較為深刻的介紹及對比分析，為科研工作者研究有關(guān)水滑石材料的結(jié)構(gòu)、性能、特別是作為催化材料大范圍的應(yīng)用研究提供了理論基礎(chǔ)指導(dǎo)的便利。二.水滑石晶體結(jié)構(gòu)特征LDHs是由層間陰離子及帶正電荷層板堆積而成的化合物。LDHs的化學(xué)組成可以理想的表示為：[M2+1-xM3+x(OH)2]x+(An+)x/n·mH2O]，其中M2+和M3+分別為位于主體層板上的二價(jià)和三價(jià)金屬陽離子，如Mg2+、Ni2+、Zn2+、Mn2+

4、、Cu2+、Co2+、Pd2+、Fe2+等二價(jià)陽離子和A13+、Cr3+、Co3+、Fe3+等三價(jià)陽離子均可以形成LDHs；An+為層間陰離子，可以包括無機(jī)陰離子、有機(jī)陰離子、配合物陰離子和雜多陰離子；x為M3+/(M2++M3+)的摩爾比值，大約是1/5-1/3；mH2O為層間水分子的個數(shù)[2，3]。其結(jié)構(gòu)類似于水鎂石Mg（OH）2，由八面體共用棱邊而形成主體層板。位于層板上的二價(jià)金屬陽離子M2+可以在一定的比例范圍內(nèi)被離子半價(jià)相近的三價(jià)金屬陽離子M3+同晶取代，使得層板帶正電荷，層間存在可以

5、交換的的陰離子與層板上的正電荷平衡，使得LDHs的整體結(jié)構(gòu)呈電中性。2.1主板層的離子可調(diào)換性LDHs的主體層板化學(xué)組成與其層板陽離子特性、層板電荷密度或者陰離子交換量、超分子插層結(jié)構(gòu)等因素密切相關(guān)。一般來講，只要金屬陽離子具有適宜的離子半徑和電荷數(shù)，均可形成LDHs層板[4]。不同的金屬陽離子(主要包括二價(jià)和三價(jià)金屬陽離子)組合可以合成一系列的二元、三元以至四元LDHs。2.2層間陰離子的可調(diào)換性由LDHs的結(jié)構(gòu)特征可知，當(dāng)三價(jià)金屬陽離子同晶取代層板二價(jià)金屬陽離子可使得主體層板帶正電荷，因而層

6、間必須有陰離子與層板上的正電荷相平衡，以使LDHs結(jié)構(gòu)保持電中性。一般情況下，LDHs前體的合成多采用無機(jī)陰離子如CO32-、NO3-、F-、Cl-、Br-等來平衡層板正電荷[5]。由于水滑石結(jié)構(gòu)自身的記憶效應(yīng)及離子交換性能等，可通過改變層間陰離子的種類和數(shù)量使得LDHs成為具有不同應(yīng)用功能的超分子插層結(jié)構(gòu)材料（如將多種功能性陰離子如無機(jī)陰離子、有機(jī)陰離子、同多和雜多陰離子以及配合物陰離子）。另外，可以通過調(diào)變LDHs層板組成中M2+和M3+的比例，來調(diào)控層板電荷密度，從而調(diào)控層間客體分子數(shù)目。

7、通常，層間陰離子的尺寸、數(shù)量、價(jià)態(tài)及陰離子與層板輕基的鍵合強(qiáng)度決定了LDHs的層間距大小，不同的陰離子顯示不同的層間尺寸[6]。2.3粒徑尺寸和分布的可調(diào)控性當(dāng)合成水滑石的濃度、溫度、PH等發(fā)生變化時(shí)可影響LDHs成核時(shí)的速度，通過調(diào)變LDHs晶化時(shí)間、溫度及溶液濃度及PH從而制備達(dá)到不同粒徑尺寸的水滑石，可實(shí)現(xiàn)在較寬的范圍內(nèi)對于LDHs的晶粒尺寸及其分布進(jìn)行調(diào)控。一.水滑石的主要性質(zhì)由于水滑石自身特殊的結(jié)構(gòu)賦予了其以下特性：3.1層間離子的可交換性LDHs的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其層間陰離子可與多種陰離子

8、進(jìn)行交換。離子的交換從在交換順序，對于無機(jī)陰離子，其交換能力大小順序?yàn)椋篊O32->SO42->HP04->OH->F->C->Br->NO3-。一般而言，高價(jià)陰離子易于交換進(jìn)入層間，而低價(jià)陰離子易于被交換出來。利用LDHs的這種性質(zhì)可以調(diào)變層間陰離子的種類賦予LDHs不同的性質(zhì)，合成不同類型的LDHs（如各種有機(jī)插層陰離子水滑石）。3.2酸堿雙功能性LDHs的層板由鎂氧八面體和鋁氧八面體組成，具有較強(qiáng)的堿性[7，8]。不同的LDHs的堿性強(qiáng)弱與組成中二價(jià)金屬氫氧化物的堿性強(qiáng)弱基本一致，但由于它