層狀雙金屬氫氧化物制備及形貌控制研究.pdf

1、近年來(lái)，在材料合成領(lǐng)域，具有特定形狀和高度有序結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)材料的可控合成是一項(xiàng)充滿挑戰(zhàn)性的工作。導(dǎo)向合成策略被視為制備具有特殊形貌與多級(jí)結(jié)構(gòu)無(wú)機(jī)材料的有效方法之一。我們的工作主要包括下面三個(gè)方面的內(nèi)容： 首先，針對(duì)不同制備方法，比較了氣液法、水熱法、單滴共沉淀、雙滴共沉淀法四種制備方法對(duì)層狀雙金屬氫氧化物(簡(jiǎn)稱LDHs)的生長(zhǎng)有著不同的影響，得出水熱法所制備LDHs晶粒較大的結(jié)論，而共沉淀法相對(duì)較小，而氣液法得到的產(chǎn)物結(jié)晶度最低，

2、樣品粒徑尺寸也不均勻。所以采用水熱法最適合控制LDHs的尺寸、形貌；同時(shí)采用碳酸銨、尿素、HMT、NaOH(Na<,2>CO<,3>)為沉淀劑，發(fā)現(xiàn)以尿素、六次甲基四胺(簡(jiǎn)稱HMT)制備的LDHs尺寸較均一，結(jié)晶度較高，但以HMT為沉淀劑時(shí)制得的LDHs層間距有增大趨勢(shì)。而碳酸銨為沉淀劑制備的LDHs層間距沒(méi)有變化，LDHs片卻呈現(xiàn)彎曲狀，NaOH(Na<,2>CO<,3>)為沉淀劑制備的LDHs團(tuán)聚，顆粒大小不均勻。所以選取以尿素作為

3、沉淀劑來(lái)制備LDHs最為適合，分別以乙二胺四乙酸二鈉(簡(jiǎn)稱EDTA二鈉)、乙醇為分散劑，加入到制備LDHs的過(guò)程中，乙醇的分散效果好于EDTA二鈉，EDTA二鈉制備的LDHs呈現(xiàn)一種交叉的形態(tài)。 其次，我們選擇導(dǎo)向劑，通過(guò)水熱反應(yīng)，對(duì)NiAl-LDHs粉體以及膜的形貌控制進(jìn)行了研究，探討了LDHs形貌隨高分子濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、溶液中陰陽(yáng)離子的相對(duì)比例等試驗(yàn)參數(shù)變化的規(guī)律，并獲得了豐富、新穎的形貌，所得產(chǎn)物用掃描電鏡(SE

4、M)和X射線衍射(XRD)進(jìn)行了表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用陽(yáng)離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(簡(jiǎn)稱CTAB)為導(dǎo)向劑制備得到具有玫瑰形狀的LDHs，隨著反應(yīng)溫度的增加，LDH晶體的演化存在一個(gè)從選擇性導(dǎo)向生長(zhǎng)與組裝到完全導(dǎo)向生長(zhǎng)的轉(zhuǎn)變，在形貌上體現(xiàn)為由選擇玫瑰狀向竹葉狀轉(zhuǎn)化的過(guò)程。我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)向反應(yīng)體系中加入陽(yáng)離子表面活性劑CTAB，能夠?qū)DHs的生長(zhǎng)起到控制作用；并且只有當(dāng)CTAB濃度遠(yuǎn)大于臨界膠束濃度時(shí)才能夠?qū)DHs的表面形貌起到作

5、用，得到具有玫瑰形貌的LDHs，并且粒徑較大；同時(shí)隨著反應(yīng)時(shí)間、溫度的增加，能夠得到一種具有竹葉形態(tài)的LDHs晶體，溫度越高、反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)得到竹葉狀LDHs的數(shù)量越多。我們認(rèn)為形成玫瑰狀LDHs主要是由于表面活性劑能夠降低LDHs片層表面的能量，而得到竹葉狀LDHs則是由于表面活性劑濃度足夠大時(shí)，能夠形成膠束，這樣LDHs的生長(zhǎng)將限制在膠束內(nèi)部進(jìn)行。通過(guò)向反應(yīng)體系中加入具有表面活性的海藻酸鈉(簡(jiǎn)稱SA)，得到具有繡球狀的LDH，并且通過(guò)

6、控制SA這種高聚物的粘度就可以得到排列密度不同的LDHs。 通過(guò)向反應(yīng)體系中加入具有表面活性的SA，能夠?qū)DHs的生長(zhǎng)起到控制作用；通過(guò)改變SA的粘度可以改變LDHs的生長(zhǎng)環(huán)境，隨著SA粘度的增大LDHs的生長(zhǎng)空間減小，所以通過(guò)控制SA這種高聚物的粘度就可以得到排列密度不同的LDHs。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，繡球狀LDHs是一種具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的晶體，在反應(yīng)初期形貌就已經(jīng)固定，但是層間距還沒(méi)有達(dá)到LDHs的標(biāo)準(zhǔn)值，但是隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)能夠

7、得到具有LDHs特征峰的繡球狀晶體。并且將晶體焙燒到500℃、700℃得到的氧化物的形貌仍然沒(méi)有改變；此類LDH形成具有夾心結(jié)構(gòu)，以及溶脹性能，水溶液位于夾心結(jié)構(gòu)的中間，通過(guò)改變夾心結(jié)構(gòu)的寬度來(lái)改變LDHS的生長(zhǎng)環(huán)境，最終得到繡球狀的LDHs。 最后，利用導(dǎo)向劑CTAB和SA得到了硅基的表面平整均勻的特殊形貌層狀NiAl-LDHS薄膜材料，利用其作為催化劑前體分別制備得到了扁平帶狀和花邊狀的碳纖維材料。結(jié)果表明層狀前體的形貌影響