無(wú)機(jī)層狀化合物的剝離及其納米層重組反應(yīng)研究.pdf

1、功能納米材料和技術(shù)是納米科技領(lǐng)域十分活躍和最接近應(yīng)用的重要研究領(lǐng)域之一。近年來(lái)功能性無(wú)機(jī)層狀材料在制備、性質(zhì)和應(yīng)用等方面的研究得到了高度重視，原因之一是通過(guò)插入反應(yīng)可以將一些功能離子或基團(tuán)插入到無(wú)機(jī)層間，以達(dá)到制取無(wú)機(jī)功能性新材料的目的。同時(shí)，這些無(wú)機(jī)層狀化合物在一定條件下通過(guò)剝離反應(yīng)可以得到組成其基本單元的無(wú)機(jī)納米層，剝離得到的無(wú)機(jī)納米層不僅具有單結(jié)晶納米級(jí)的特異物性，而且由于該單結(jié)晶層的厚度為分子級(jí)水平(約1nm)，因而作為納米級(jí)新

2、物質(zhì)材料組裝的基本基元在功能納米材料研究領(lǐng)域顯示了強(qiáng)大的應(yīng)用前景。 基于無(wú)機(jī)層狀化合物特殊的結(jié)構(gòu)特征和應(yīng)用前景，本論文選擇了不同電性無(wú)機(jī)層狀化合物作為研究前驅(qū)物，通過(guò)插入反應(yīng)在層狀化合物層間引入不同大小的離子或分子，在一定條件下插層化合物發(fā)生剝離反應(yīng)制得了不同電性納米層分散液。通過(guò)凝聚技術(shù)和層組裝技術(shù)研究了不同電性金屬硫?qū)倩锛{米層組裝過(guò)程的變化規(guī)律和影響因素，在納米級(jí)水平上實(shí)現(xiàn)了硫?qū)倩锛{米層復(fù)合生成功能性層狀納米材料。期待組

3、裝的納米復(fù)合材料在離子交換、吸附、分離、貯能和催化等諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用。研究論文主要由兩大部分組成，即文獻(xiàn)綜述和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果。綜述部分主要論述了無(wú)機(jī)層狀化合物的分類、結(jié)構(gòu)特征、合成方法、應(yīng)用領(lǐng)域以及發(fā)展前景，闡述了不同結(jié)構(gòu)無(wú)機(jī)層狀化合物可控合成的條件和方法，提出了本研究的主要工作和研究目的。實(shí)驗(yàn)部分介紹了在超聲技術(shù)作用下負(fù)電性層狀氧化錳和氧化鈦，電中性層狀二硫化鉬的剝離條件和影響因素，同時(shí)探討了同電性納米層復(fù)合組裝過(guò)程及組裝條件對(duì)生成產(chǎn)物

4、結(jié)構(gòu)的影響。通過(guò)對(duì)納米層組裝條件的優(yōu)化，成功組裝合成了同電性無(wú)機(jī)納米層交互積層復(fù)合功能材料。論文主要研究?jī)?nèi)容為： (1)負(fù)電性層狀氧化錳剝離行為研究。利用氧化沉淀法在水熱反應(yīng)條件下合成了負(fù)電性層狀氧化錳，對(duì)所合成的前驅(qū)體進(jìn)行了分析表征。借助于超聲化學(xué)處理技術(shù)，將合成的層狀氧化錳浸入到四甲基銨溶液中，當(dāng)加入的四甲基銨摩爾量為層狀氧化錳離子交換容量的5倍，常溫下超聲處理20分鐘后，得到了氧化錳剝離的懸浮溶液，實(shí)現(xiàn)了層狀氧化錳超聲處理

5、下的完全快速剝離。該剝離技術(shù)所需時(shí)間短，剝離溶液濃度低且無(wú)毒性。 利用固相反應(yīng)方法合成了負(fù)電性層狀氧化鈦，對(duì)合成前驅(qū)體進(jìn)行了表征分析。借助于超聲化學(xué)處理技術(shù)，合成的層狀氧化鈦浸入到四丁基銨溶液中，當(dāng)加入的四丁基銨摩爾量為層狀氧化鈦離子交換容量的5倍，常溫下超聲處理20分鐘后，得到了氧化鈦剝離懸浮溶液，實(shí)現(xiàn)了層狀氧化鈦超聲處理?xiàng)l件下的完全快速剝離。 (2)中性層狀二硫化鉬的剝離及其帶電機(jī)理研究。正丁基鋰在超聲作用下插入到二

6、硫化鉬層間得到LiMoS<,2>。在超聲輔助下，當(dāng)LiMoS<,2>與pH=4的HNO<,3>混合時(shí)，形成單層排列的二硫化鉬，層板帶有負(fù)電荷，其負(fù)電荷是由部分三價(jià)鉬未被氧化及層板吸引的OH<'->所致；當(dāng)LiMoS<,2>與pH=1的HNO<,3>混合時(shí)，形成單層排列的二硫化鉬，層板帶有正電荷，其正電荷是由于三價(jià)鉬全部被氧化成四價(jià)，表面吸引H<'+>所致。 (3)氧化錳和二硫化鉬交互積層納米復(fù)合材料的合成及機(jī)理研究。首先，在超聲

7、輔助下，將四甲基銨離子插入到層狀氧化錳中(TMA/MnO<,2>)，形成剝離懸浮液；其次，在超聲作用下，將鋰插入到層狀二硫化鉬中，得到LiMoS<,2>；最后，將LiMoS<,2>與pH=4的硝酸混合后的懸浮液與TMA/MnO<,2>懸浮液按照鉬錳摩爾比為1/1混合，借助于超聲化學(xué)處理技術(shù)即可得到復(fù)合產(chǎn)物MnO<,2>/MoS<,2>。通過(guò)改變二硫化鉬剝離懸浮液的pH值，考察了超聲化學(xué)條件下產(chǎn)物MnO<,2>/MoS<,2>的復(fù)合反應(yīng)機(jī)

8、理。 (4)氧化鈦和二硫化鉬交互積層納米復(fù)合材料的合成研究。首先，在超聲作用下，將四丁基銨離子插入的層狀氧化鈦洗滌，得到剝離的層狀氧化鈦(TiO<,2exf>)；其次，超聲作用下將鋰插入到層狀二硫化鉬中，然后與pH=4的硝酸混合，超聲2個(gè)小時(shí)得到剝離的二硫化鉬(MoS<,2exf>)，洗滌至中性；最后，將剝離的氧化鈦與剝離的二硫化鉬迅速混合，攪拌得到復(fù)合產(chǎn)物TiO<,2>/MoS<,2>。通過(guò)改變鉬鈦摩爾比及剝離的二硫化鉬的存放