[发明专利]一种还原型含铁水滑石材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种制备还原型含铁水滑石材料的方法。该方法是在简单共沉淀法制备水滑石材料的基础上，通过向前驱体溶液中加入一定量的还原剂和表面活性剂，其中还原剂可以使水滑石材料中的少部分铁元素价态稳定在+2，表面活性剂可以稳定水滑石材料层板上的一些点缺陷和微小的结构畸变，进而调控水滑石材料的晶体结构，从而得到具有还原型且形貌可调控的还原型含铁水滑石材料。制备得到的产物在非均相Fenton降解和电催化分解水等领域表现出优异的性能。

技术领域

本发明属于无机纳米材料合成领域，特别涉及一种通过添加还原剂和表面活性剂，合成含有部分低价态铁的还原型水滑石材料的制备方法。

背景技术

水滑石材料是层状双氢氧化物(Layered Double Hydroxides,LDHs)的俗称。LDHs是由带正电的类水镁石金属层板和带负电的层间阴离子交替组装形成的层状材料，其中层板上的金属阳离子通常由二价金属阳离子和高价金属阳离子组成。常见的二价金属阳离子有Mg²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺等，高价金属阳离子有Al³⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Ti⁴⁺等；层间的平衡电荷通常由CO₃^2-、Cl^-等阴离子和溶剂分子组成，层板和插层离子有序交替排列，通过静电作用等弱作用力形成三维稳定结构。在均相溶液中，通过调控溶液的pH值可以制备得到水滑石类材料，比如2008年权五玲等报道了通过沉淀结晶的方法制备镁铝水滑石材料(CN200880131817.5)，卫敏等报道了通过反相微乳液方法合成ZnTi和NiTi两种水滑石材料(CN201210434472.9和CN201210434511.5)。

含铁LDHs是水滑石材料中的重要成员，其中Fe元素经常作为反应活性中心或者辅助活性元素。例如李大鹏等报道了一种铁基水滑石的制备方法(CN201810443841.8)，其中NiFe-LDH在电催化析氧反应中表现出不错的性能；江鸿等报道了一种Co₂FeAl-LDH的其制备方法，可以活化过一硫酸盐产生强氧化的硫酸根自由基快速催化降解污水中的污染物(CN201911148448.7)。最近研究表明含有+2价的还原型含铁LDHs因其表面电荷环境的改变，常常具有更为优异的特性。由于Fe²⁺具有较强的还原性，容易被空气中的氧气等各类氧化剂氧化失去一个电子转化为+3价，因此低价铁不能大量稳定存在于含铁LDHs材料中。例如光电子能谱显示，NiFe-LDH中的铁元素普遍以Fe³⁺的形式存在，几乎没有Fe²⁺。利用传统共沉淀法合成含铁LDHs的过程，往往需要在中温条件下成核生长从而形成LDHs，这样的环境进一步加速了Fe²⁺的氧化，从而制备得到的是具有+3价这种最稳定价态的含铁LDHs。最近孔祥贵等报道了一种通过引入聚乙烯亚胺保护，得到具有还原性水滑石的方法(CN202211152358.7)。我们考虑在低化学势的还原性溶剂条件下，通过加入表面活性剂，稳定LDHs层板结构的微小畸变，从而使LDHs中的部分铁离子处于较低化合价下。这些稳定的还原型含铁LDHs在电催化、非均相Fenton高级氧化技术等领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备还原型含铁水滑石材料的方法。其原料廉价易得，合成步骤简单，易于规模化生产，所得到的还原型含铁水滑石材料结构稳定，可重复行好，在电催化和非均相Fenton高级氧化技术等方面具有优异的性能。

本发明的构思如下，在简单共沉淀法制备含铁水滑石材料合成方法的基础上，通过改变加料顺序，在混合溶液中添加还原剂和表面活性剂用以调节水滑石材料成核生长的环境，最终使得水滑石材料中的部分铁离子处于稳定的低价态，且通过调节溶液的反应温度、pH等参数实现对产品形貌一定程度的调控。

具体的，本发明给出的一种制备还原型水滑石材料的方法，包括以下步骤：