[发明专利]Co-Fe LDH的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Co-Fe LDH的制备方法。

背景技术

层状双氢氧化物(LDH)材料主要是通过盐和碱反应，盐和氧化物反应以及离子交换反应制得。理论上来说，只要二价离子半径与Mg²⁺的半径接近，不是太小或太大，三价离子的半径与Al³⁺半径接近，即可与层板上的Mg²⁺、Al³⁺同晶取代，得到层状结构的类水滑石，因此，从理论上来说双氢氧化物的种类是无法预计的。根据其组成元素特点，依照层板间是否含有变价金属离子，可以将LDH分为有电活性、电活性小和无电活性三类。而电活性的LDH在一定程度上有拓宽LDH的应用范围，因此近年来成为研究的热点。

我们知道，结构和形貌是影响材料性能的主要因素之一，因此，合成高结晶度的层状双氢氧化物对研究其理化性质具有重要的意义。经过文献调研发现，采用共沉淀法合成的形貌均一且结晶度高的LDH材料一般都是Al³⁺基LDH，如Mg-Al LDH，Co-Al，Fe-Al甚至是三元M-M’-Al LDH。层状双氢氧化物的主体层板的组成具有可调变性，主体层板组成发生变化则其性能也会随之改变。因此，在LDH主体层板中引入过渡金属离子，期望其潜在的光、电、磁等特性可赋予LDH一些独特的性能。

然而，至今，关于非Al³⁺基LDH，尤其是结构和形貌较好的过渡金属基LDH的报道较少。为了制得理想的过渡金属基水滑石，国内外的研究工作者做了大量的探索工作：Ma等人采用均相共沉淀法合成出层状Co²⁺-Fe²⁺LDH，然后在CHCl₃中用I₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，最终得到六边形高结晶度的Co²⁺-Fe³⁺LDH，随后该课题组又采用同样的局部合成氧化法得到了结晶度较高的单一金属双氢氧化物Co²⁺-Co³⁺LDH。然而这些合成方法的合成条件极其苛刻，实验室中很难重复，主要原因是水溶液中的绝对无氧很难达到。Liu等人用柠檬酸三钠做螯合剂，采用尿素水解法合成出形貌良好的Ni²⁺-Fe³⁺层状双氢氧化物，此方法很难推广到其它二价离子如含Co²⁺的LDH合成。

文献J.AM.CHEM.SOC.2011，133，P613-620：Topochemical Synthesis of Co-Fe Layered DoubleHydroxides at Varied Fe/Co Ratios：Unique Intercalation of Triiodide and Its Profound Effect公开了Co-Fe LDH的制备方法：将CoCl₂·6H₂O、FeCl₂·4H₂O用去离子水溶于三颈烧瓶中，严格的除氧后加入六次甲基四胺(HMT)，然后蒸发回流5h，经过分离干燥等系列处理后用I₂/CHCl₃中的碘作为氧化剂氧化复合氢氧化物中的Fe²⁺，使其转变为Fe³⁺，获得了Co-Fe LDH，其反应过程和后处理过程都必须严格保持无氧。该方法由于实验条件苛刻，很难在实验室中重复。

均相共沉淀法是在一般状态下将两种金属离子盐溶液混合，再加入沉淀剂使溶液中含有的两种或两种以上的阳离子一起沉淀下来，生成沉淀混合物或固溶体前驱体，再过滤、洗涤和热分解，得到复合氧化物的方法。其缺点在于，空气(一般指氧气)的影响使得到的产品具有多种价态如Fe²⁺和Fe³⁺，而且沉淀剂的作用不均匀，使得合成的产品也会不均一。可见，使用共沉淀法合成过渡金属基LDH的难点在于很难控制合成过程中的金属阳离子的价态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服了现有技术中Co-Fe LDH的制备工艺合成方法繁琐以及产物结晶性不高等缺陷，提供了一种操作简单、结晶性高的Co-Fe LDH的制备方法。