水滑石结构性能与制备方法研究综述

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1、水滑石结构性能与制备方法研究综述摘要：水滑石化合物(LDH)是一类阴离子层状化合物，具有碱性和酸性特征、层间阴离子的可交换性、微孔结构和记忆效应。本文简单介绍了LDH材料的结构、性能及主要的制备方法，并比较了各种制备方法的优缺点，同时基于水滑石以上的特征对水滑石作为多功能材料的制备进行简单的阐述。关键词：层状双金属氢氧化物；水滑石；硅烷改性；制备方法一.前言：水滑石类化合物包括水滑石(Hydrotalcite，HT)和类水滑石(Hydrotalcite一LikecomPounds，HTLcs)，

2、其主体一般由两种金属的氢氧化物构成，又称为层状双金属氧化物(LayeredDoubleHydroxide，LDH)。水滑石的插层化合物称为插层水滑石。水滑石、类水滑石和插层水滑石统称为水滑石类插层材料(LDHs)[1]。由于水滑石自身的特点赋予了其潜在的应用性能，激发了大量的科研工作者研究兴趣，主要涉及水滑石结构特征的探知，不同类型水滑石的制备、水滑石的不同制备方法及水滑石的改性等。由于有关水滑石的结构、性能、制备方法等没有较统一的研究与分析，不利与有关水滑石的更深层次的研究，同时也降低了科研效

3、率。基于有关水滑石研究的这些缺陷，本文对水滑石的结构特征、制备方法、性能探测等方面进行了较为深刻的介绍及对比分析，为科研工作者研究有关水滑石材料的结构、性能、特别是作为催化材料大范围的应用研究提供了理论基础指导的便利。二.水滑石晶体结构特征LDHs是由层间阴离子及带正电荷层板堆积而成的化合物。LDHs的化学组成可以理想的表示为：[M2+1-xM3+x(OH)2]x+(An+)x/n·mH2O]，其中M2+和M3+分别为位于主体层板上的二价和三价金属阳离子，如Mg2+、Ni2+、Zn2+、Mn2+

4、、Cu2+、Co2+、Pd2+、Fe2+等二价阳离子和A13+、Cr3+、Co3+、Fe3+等三价阳离子均可以形成LDHs；An+为层间阴离子，可以包括无机阴离子、有机阴离子、配合物阴离子和杂多阴离子；x为M3+/(M2++M3+)的摩尔比值，大约是1/5-1/3；mH2O为层间水分子的个数[2，3]。其结构类似于水镁石Mg（OH）2，由八面体共用棱边而形成主体层板。位于层板上的二价金属阳离子M2+可以在一定的比例范围内被离子半价相近的三价金属阳离子M3+同晶取代，使得层板带正电荷，层间存在可以

5、交换的的阴离子与层板上的正电荷平衡，使得LDHs的整体结构呈电中性。2.1主板层的离子可调换性LDHs的主体层板化学组成与其层板阳离子特性、层板电荷密度或者阴离子交换量、超分子插层结构等因素密切相关。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[4]。不同的金属阳离子(主要包括二价和三价金属阳离子)组合可以合成一系列的二元、三元以至四元LDHs。2.2层间阴离子的可调换性由LDHs的结构特征可知，当三价金属阳离子同晶取代层板二价金属阳离子可使得主体层板带正电荷，因而层

6、间必须有阴离子与层板上的正电荷相平衡，以使LDHs结构保持电中性。一般情况下，LDHs前体的合成多采用无机阴离子如CO32-、NO3-、F-、Cl-、Br-等来平衡层板正电荷[5]。由于水滑石结构自身的记忆效应及离子交换性能等，可通过改变层间阴离子的种类和数量使得LDHs成为具有不同应用功能的超分子插层结构材料（如将多种功能性阴离子如无机阴离子、有机阴离子、同多和杂多阴离子以及配合物阴离子）。另外，可以通过调变LDHs层板组成中M2+和M3+的比例，来调控层板电荷密度，从而调控层间客体分子数目。

7、通常，层间阴离子的尺寸、数量、价态及阴离子与层板轻基的键合强度决定了LDHs的层间距大小，不同的阴离子显示不同的层间尺寸[6]。2.3粒径尺寸和分布的可调控性当合成水滑石的浓度、温度、PH等发生变化时可影响LDHs成核时的速度，通过调变LDHs晶化时间、温度及溶液浓度及PH从而制备达到不同粒径尺寸的水滑石，可实现在较宽的范围内对于LDHs的晶粒尺寸及其分布进行调控。一.水滑石的主要性质由于水滑石自身特殊的结构赋予了其以下特性：3.1层间离子的可交换性LDHs的结构特点使其层间阴离子可与多种阴离子

8、进行交换。离子的交换从在交换顺序，对于无机阴离子，其交换能力大小顺序为：CO32->SO42->HP04->OH->F->C->Br->NO3-。一般而言，高价阴离子易于交换进入层间，而低价阴离子易于被交换出来。利用LDHs的这种性质可以调变层间阴离子的种类赋予LDHs不同的性质，合成不同类型的LDHs（如各种有机插层阴离子水滑石）。3.2酸碱双功能性LDHs的层板由镁氧八面体和铝氧八面体组成，具有较强的碱性[7，8]。不同的LDHs的碱性强弱与组成中二价金属氢氧化物的碱性强弱基本一致，但由于它