[发明专利]负载高分散富勒烯的水滑石材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机-无机复合材料领域，涉及一种负载高分散富勒烯的水滑石材料及其制备方法。

背景技术

水滑石(Layered Double Hydroxides，简称LDHs)，是一类阴离子型层状材料，其化学组成为[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^x+(A^n-)_x/n·mH₂O。这种材料是由相互平行的层板组成，层板带有永久正电荷。M²⁺，M³⁺即二价和三价金属阳离子，层间具有可交换的阴离子A^n-以维持电荷平衡。水滑石层板间元素存在强共价键作用，层间阴离子与层板以离子键相连，整个晶体呈电中性。因水滑石独特的层状结构及层间阴离子的可交换性，向水滑石层间引入功能性阴离子，可以制备不同功能的插层材料，广泛应用于催化、吸收、离子交换等领域。

富勒烯(C₆₀)是一种由60个碳原子构成的分子，因为它形似足球，又名足球烯。C₆₀是单纯由碳原子结合形成的稳定分子，它具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正六边形。其相对分子质量约为720。在C₆₀分子中，每个碳原子用一个p轨道互相重叠形成一个含60个π电子的闭壳层电子结构，因此在近似球形的笼内和笼外都围绕着π电子云。分子轨道计算表明，富勒烯具有较大的离域能。目前的研究发现C₆₀有许多优异性能，如超导、强磁性、耐高压、抗化学腐蚀等。科学人员进一步采用特殊的技术将C₆₀分子分散地固定于固体的表面或层间，发现这些材料具有与C₆₀晶体不同的性质。

在文献(1)J.Am.Chem.Soc.，1996，118：4411-4418中，Soofin Cheng等人首先将C₆₀插层入十二烷基硫酸根修饰的水滑石中，并检测了该复合材料的晶体结构、热重、红外光谱和核磁等方面的特性。研究发现与自由状态的C₆₀相比，进入水滑石层间的C₆₀的光谱和核磁谱图都有了明显差异，他们提出这是由于进入二维限域空间后C₆₀运动明显受限所致。

在文献(2)J.Am.Chem.Soc.，2004，126：8561-8568中，Dimitrios Gournis等人将阳离子修饰的富勒烯插层入蒙脱土的层间，进一步分析了该材料的晶体结构、热重、红外光谱以及电学等方面的性质，发现这种材料在电学方面有非常独特的性质。

目前国内尚无有关富勒烯固定于萘乙酸插层的水滑石层间的文献及专利报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种负载高分散富勒烯的水滑石材料及其制备方法，制备出的富勒烯与萘乙酸插层的水滑石材料，C₆₀与萘乙酸的相互作用力强，插层结构稳定。

本发明所述的负载高分散富勒烯的水滑石材料，是先制备水滑石前体，再将萘乙酸根插层水滑石，在层间形成含有大量萘基团的疏水性环境，然后将富勒烯固定于水滑石层间，本发明的富勒烯与萘乙酸插层的水滑石为超分子结构，其晶体结构为类水滑石材料的晶体结构，其化学式为：

[(M²⁺)_1-x(M³⁺)_x(OH)₂]^x+(NAA^-)_x(C60)_y·mH₂O

其中x＝0.25～0.33，y＝0.05～0.1，m＝3～6，m为层间结晶水分子的数量，M²⁺为二价金属离子，M³⁺为三价金属离子Al³⁺。

所述M²⁺为Mg²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺或Co²⁺，优选Zn²⁺或Ni²⁺；

所述的负载高分散富勒烯的水滑石材料的制备方法，包括如下步骤：

A、水滑石前体的制备：