[发明专利]一种高结晶度铁基类水滑石的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机材料领域，具体涉及一种尿素法制备高结晶度铁基类水滑石的方法。

背景技术

阴离子型层状无机功能材料也称类水滑石（LDHs），其主体层板元素组成、层间客体阴离子种类和数量等均有可调控性。这些特点使LDHs具有多种优异的物理化学特性，在催化、吸附、分离、陶瓷材料前体、光电及光化学反应媒介、生物纳米材料等领域展现出极为广阔的应用前景。镍、铁磁性过渡金属元素的同时引入大大有利于拓展其在光、电、磁等领域的应用范围。作为一项重要的指标参数，LDHs粒子的粒径分布及结晶完整程度严重影响着其各项理化性能的提升。

在二元、三元复合材料以及无机有机杂化材料的合成过程中，尿素作为均相共沉淀的诱发剂得到了广泛应用。对于阴离子型层状无机功能材料而言，尿素分解过程中同时产生氢氧离子及碳酸根离子、溶液内部pH均匀一致的特性极其有利与得到高结晶度的LDHs粒子。此外，尿素分解反应温和的反应条件有利于原位合成的实现，水热晶化过程的引入更加有利于对LDHs粒子粒径及表面形貌、纹理特征的进一步调控。杨飘萍等利用尿素分解法已经成功制备得到了高结晶度的LDHs材料，但该方法只能合成镁铝、锌铝及镍铝等铝基阴离子层状材料，而对于铁基阴离子型层状材料的合成则显得无能为力。这可能是由于溶液中不同金属离子发生共沉淀所需的pH值不同所造成的，针对铁基类水滑石而言，常压条件下尿素分解所能提供的碱源不能有效满足金属离子发生共沉淀所需的反应条件。黄炎等虽然利用尿素分解法合成了镁铁基的阴离子型层状材料，但其在制备的过程中需要添加氢氧化钠作为辅助的碱源，复杂了反应过程，限制了原位反应的进行，且主体层板元素中只有铁为磁性元素，合成产物镁铁碳酸根LDH的应用范围远远小于二元磁性的镍铁碳酸LDH。

发明内容

为克服现有技术中缺少有效、简便地合成高结晶度铁基类水滑石的缺陷，本发明的目的是提供一种铁基类水滑石的制备方法。

本发明提供的铁基类水滑石制备方法为：首先制备二价金属M盐和三价Fe盐的混合溶液，向所述混合溶液中加入尿素并搅拌至溶解，然后在80～120℃的温度下于密闭环境中反应24～96小时即得；其中，所述金属M选自Ni、Mg或Co。

本发明制备方法所采用的反应方式为水热合成法，高温且密闭的反应环境有利于加快和促进尿素的分解过程，从而加快水热合成反应进程。含铁金属的共沉淀需要溶液达到一定的pH数值，而这个条件只有在尿素快速分解达到某个特定程度时才能够实现，缓慢的分解不利于铁金属共沉淀的发生。密闭的反应环境下，随着尿素的分解，压力不断增大，增加的压力继续加速尿素的分解，可在短时间内得到足够有效的碱源而使铁金属离子的共沉淀得以发生从而生成类水滑石类材料。

上述方法制备的铁基类水滑石，其化学式为：

[M²⁺_1-xFe³⁺_x(OH)₂]^x+(CO₃^2-)_x/2·yH₂O

其中，x为0.2～0.33，y为0～2。

优选地，所述反应的时间为24～72小时。

上述制备方法中，所述反应在密闭的水热高压反应釜中进行。

上述制备方法中，所述混合溶液中，M²⁺和Fe³⁺的总浓度为0.1～1.0mol/L。

上述制备方法中，所述混合溶液中，M²⁺与Fe³⁺的摩尔浓度比为2～4∶1。

上述制备方法中，所述二价金属M盐为M(NO₃)₂或其水合物；所述三价金属Fe盐为Fe(NO₃)₃或其水合物。

上述制备方法中，所述尿素与所述混合溶液中的摩尔浓度比为2～8∶1。

上述制备方法还包括：反应之后过滤，滤饼用去离子水洗涤，然后进行干燥和研磨。

其中，所述干燥的过程为40～80℃下干燥6～24小时。