[发明专利]一种水滑石-蒙脱土层板交替结构复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水滑石-蒙脱土层板交替结构复合材料的制备方法，具体地说，是涉及两种带有相反电荷的二维纳米片即水滑石和蒙脱土单片层的制备，并进一步将这两者复合为一种新层状材料的方法，属于无机纳米层状材料的制备技术领域。

背景技术

层状双金属氢氧化物（Layered Double Hydroxide，LDH）是水滑石（Hydrotalcite，HT）和类水滑石化合物（Hydrotalcite-Like Compounds，HTLCs）的统称，由这些化合物插层组装的一系列超分子材料称为水滑石类插层材料（LDHs）。1842年Hochstetter（Hochstetter C. Untersuchung über die Zusammensetzung einiger Mineralien[J]. Journal Für Praktische Chemie, 1842, 27(1):375–378.）首先从瑞典的片岩矿层中发现了天然水滑石矿；二十世纪初人们由于发现了LDH对氢加成反应具有催化作用而开始对其结构进行研究；1969年Allmann等人（Allmann, R., Jepsen, H.P. (1969) Die Structur des Hydrotalkits. Neues Jahrbuch für Mineralogie Monatshefte, 1969, 544-551.）。通过测定LDH的单晶结构，首次确认了LDH的层状结构；二十世纪九十年代以后，随着现代分析测试手段的发展，人们对LDH的结构和性能的研究也不断深化（Tagaya H, Sato S, Morioka H, et al. Preferential intercalation of isomers of naphthalenecarboxylate ions into the interlayer of layered double hydroxides[J]. Chemistry of Materials, 1993, 5(10):1431-1433.）。

水滑石类化合物(LDHs)是一类具有层状结构的无机功能材料。LDHs性能与其主体层板的化学组成、层板的阳离子特性、层板的电荷密度以及层间的阴离子交换量等因素密切相关。一般来讲，只要金属阳离子具有适宜的离子半径和电荷数，均可形成LDHs层板。其化学组成可以表示为[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂][A^n-x/n·mH₂O]，其中M²⁺为Mg²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺等二价金属阳离子；M³⁺为Al³⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Sc³⁺等三价金属阳离子；A^n-为阴离子，如CO₃^2-、NO₃^-、Cl^-、OH^-、SO₄^2-、PO₄^3-、C₆H₄(COO)₂^2-等无机和有机离子、配离子等。如果层间无机阴离子不同，则LDHs的层间距不同。当x值在0.2-0.33之间，即M²⁺/M³⁺摩尔比介于2～4之间时能得到结构完整的LDHs（JW B, PS. B. Layered Double Hydroxide Stability. 1. Relative Stabilities of Layered Double Hydroxides and Their Simple Counterparts[J]. Chemistry of Materials, 1999, 11.）。在LDHs晶体结构中，由于受晶格能最低效应及其晶格定位效应的影响，使得金属离子在层板上以一定方式均匀分布，即在层板上每一个微小的结构单元中化学组成均相同。