[发明专利]一种环状镁铝双羟基复合金属氢氧化物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种环状镁铝双羟基复合金属氢氧化物(MgAl-CO₃水滑石纳米环)及其制备方法，属于无机先进纳米材料制备工艺技术领域。

技术背景

水滑石类化合物是一种层状双羟基复合金属氢氧化物，由于其具有主体层板元素和层间距可调性、层间阴离子的可交换性、结构记忆效应及热稳定性、碱性等特性，使得水滑石材料在催化或催化剂前体、吸附、电和光敏材料、生物、离子交换等领域有着重要应用。

鉴于水滑石材料的形貌对其光学、电学、磁学以及催化等性能有着重要的影响，如具有三维有序大孔结构的水滑石具有更高的光催化活性(E.Geraud，S.Rafqah，M.Sarakha，C.Forano，V.Prevot and F.Leroux，Chem.Mat.，2008，20，1116-1125.)，因此特殊形貌水滑石的合成一直是人们研究的热点。传统的水滑石合成方法有共沉淀法，离子交换法，成核晶化隔离法，非平衡晶化法，焙烧复原法等，但是合成出的水滑石多为二维六方片状结构，这种单一的形貌限制了水滑石材料的应用。由于水滑石在形成类似水镁石晶体结构的驱动下，具有强烈二维六方形生长的趋势，所以合成出具有特殊形貌的水滑石材料具有很大的挑战性。目前控制水滑石形貌的方法，多为模板法，可分为软模板法和硬模板法两种。曾有文献报道，以碳球(P.Gunawan and R.Xu，Chem.Mat.，2009，21，781-783)或聚苯乙烯球为硬模板(E.Geraud，V.Prevot，J.Ghanb aja and F.Leroux，Chem.Mat.，2006，18，238-240.)合成水滑石空心球。此外表面活性剂和聚合物也可以做为软模板合成出带状、棒状、纤维状水滑石材料(G.Hu，D.O′Hare，J.Am.Chem.Soc.，2005，127，17808-17813；M.d.Jesus Martínez-Ortiz，E.Lima，V.Lara and J.M.n.Vivar，Langmuir，2008，24，8904-8911.)。但是这些模板剂的引入不仅容易导致产物目标形貌的坍塌，更有可能对产物的纯度产生影响。近年来，环形纳米结构引起了人们广泛的关注，由于它们比普通六方片状材料具有更大的比表面积、更高的孔体积和更多的活性位点，从而对其性能(尤其是催化、吸附性质)产生较大的促进作用。因此，水滑石纳米环的合成和研究具有十分重要的意义。

我们以自制的Mg₁₀(OH)₁₈Cl₂·5H₂O纳米线为前驱体，以尿素为碱源，在混合溶剂中一步合成出MgAl-CO₃水滑石的纳米环。该方法的优点在于合成出独特的环状水滑石结构，该形貌水滑石材料与传统形貌水滑石相比较具有大表面积、高孔体积等结构优势。此外，该方法制备工艺简单，原料廉价易得，产物纯度高，结晶度好，它将在催化、吸附、药物缓释等领域有着广泛的实际应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种环状镁铝双羟基复合金属氢氧化物及其制备方法。

本发明提供的环状镁铝双羟基复合金属氢氧化物是斜方晶系(R-3m)层状结构，内径200～300nm，外径700～800nm的纳米环，孔体积为0.25-0.40cm³/g，比表面积54.37-83.26m²/g。纯度高，结晶度好，将在催化、吸附、药物缓释等领域有着广泛应用。

本发明提供的环状镁铝双羟基复合金属氢氧化物的制备方法是，以Mg₁₀(OH)₁₈Cl₂·5H₂O纳米线作为模板剂和Mg²⁺的来源，通过溶剂热反应，合成出具有特殊环状形貌的MgAl-CO₃水滑石。

具体制备步骤如下：