二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片的制備方法：包括以下步驟：a)將鎂鹽和鋁鹽溶解于甲酰胺中，形成溶液A，其中，所述鎂鹽中鎂離子與所述鋁鹽中鋁離子的摩爾比為2：1；b)將強堿性氫氧化物與溶液A混合，得到膠態(tài)混合液，其中，所述強堿性氫氧化物與所述鋁鹽中鋁離子的摩爾比為(9～15)：1；c)將步驟b)得到的膠態(tài)混合液進行水熱反應，得到二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片，所述二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片分散在溶劑甲酰胺中，形成二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片分散液；所述水熱反應的溫度為20℃～70℃，反應時間為2～72小時。該方法成本低、制備工藝簡單、生產周期短、溶劑可重復利用，適用于工業(yè)生產。
【專利說明】二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片的制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及二維納米片的制備領域，特別涉及二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物 納米片的制備方法。

【背景技術】
[0002] 層狀雙金屬氫氧化物（LDH)是由帶正電的金屬層板以及層間陰離子堆積而成的 層狀化合物，其結構類似于水鎂石Mg(0H) 2，由金屬-氧八面體共邊連接而形成主體層板，故 也稱為類水滑石化合物。由于三價離子（也有四價過渡金屬離子）取代了部分的二價金屬 離子使金屬層板帶正電荷，因而需要引入陰離子進入層間以平衡電荷，通常還有部分結晶 水存在于層間位置。LDH主體層板金屬元素可調，金屬與氧之間存在很強的共價鍵；主體層 板和層間陰離子之間存在靜電引力和氫鍵作用，可以引入不同的層間陰離子，從而得到多 種結構和功能的插層復合體。
[0003] 在眾多的層狀雙金屬氫氧化物中，二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片 (MgAl-LDH)以其在光、電、磁、催化方面的特殊性能一直受到廣泛的關注。對于層狀化合物， 得到其二維單層納米片一般有兩種方式：top-down (自上而下）剝離和bottom-up (自下而 上）合成。但在現有技術中，二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片都是以top-down剝 離的方式來制備。該種方法需先合成LDH前軀體，然后通過離子交換形成與層板結合力較 弱的陰離子插層的LDH，再進行剝離得到產物。整個制備過程步驟較多，且剝離步驟的時間 較長。
[0004] -般來說，采用bottom-up方式制備二維納米片的方法較為簡單，但是利用 Bottom-up合成的方式制備二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片，還未見報道。


【發(fā)明內容】

[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明實施例公開了一種二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納 米片的制備方法，技術方案如下：
[0006] 該方法可以包括以下步驟：
[0007] a)將鎂鹽和鋁鹽溶解于甲酰胺中，形成溶液A，其中，所述鎂鹽中鎂離子與所述鋁 鹽中鋁離子的摩爾比為2 :1 ;
[0008] b)將強堿性氫氧化物與溶液A混合，得到膠態(tài)混合液，其中，所述強堿性氫氧化物 與所述鋁鹽中鋁離子的摩爾比為（9?15) :1 ;
[0009] c)將步驟b)得到的膠態(tài)混合液進行水熱反應，得到二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫 氧化物納米片，所述二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片分散在溶劑甲酰胺中，形成 二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片分散液；所述水熱反應的溫度為20°C?70°C，反 應時間為2?72小時。
[0010] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，還包括：在步驟C)得到二維單層鎂鋁層狀雙金 屬氫氧化物納米片分散液后，將所述二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片分散液進行 離心分離，得到二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片膠體。
[0011] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，步驟b)將強堿性氫氧化物與溶液A混合，得到 膠態(tài)混合液，包括：
[0012] 將強堿性氫氧化物溶解于甲酰胺中，形成溶液B，將溶液A與溶液B混合，得到膠態(tài) 混合液；
[0013]或
[0014] 直接把強堿性氫氧化物固體逐漸加入到溶液A中，直到完全溶解，得到膠態(tài)混合 液。
[0015] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，在步驟b)中得到膠態(tài)混合液后，還包括：離心 分離所述膠態(tài)混合液，得到膠態(tài)物質；
[0016] 在步驟c)中，所述將步驟b)得到的膠態(tài)混合液進行水熱反應，包括 ：
[0017] 將離心分離得到的所述膠態(tài)物質重新分散于甲酰胺中，形成二次甲酰胺分散液， 并將該二次甲酰胺分散液進行水熱反應。
[0018] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，所述鎂鹽包括：硝酸鎂、氯化鎂及硫酸鎂中的至 少一種；所述鋁鹽包括：硝酸鋁、氯化鋁及硫酸鋁中的至少一種。
[0019] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，所述強堿性氫氧化物包括：氫氧化鈉及氫氧化 鉀中的至少一種。
[0020] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，步驟a)中甲酰胺的體積與鋁鹽中鋁離子摩爾 數的比為（2?8)L/mol。
[0021] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，在將強堿性氫氧化物溶解于甲酰胺時，甲酰胺 的體積與強堿性氫氧化物的摩爾數的比為（〇. 6?2) L/mol。
[0022] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，步驟a)中將鎂鹽和鋁鹽溶于甲酰胺中后，還包 括：對含有鎂鹽和鋁鹽的甲酰胺進行超聲震蕩。
[0023] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，所述將溶液A與溶液B混合，具體為：將溶液B 以滴加的方式加到溶液A中。
[0024] 本發(fā)明為首次提出采用bottom-up方式，在純相溶劑甲酰胺中直接制備二維單 層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片的一種新方法。獲得的納米片厚度約為lnm，粒徑為 5-15nm且分布均勻。該方法成本低、制備工藝簡單、生產周期短、溶劑可重復利用，適用于工 業(yè)生產。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0026] 圖1為本發(fā)明實施例1中制備的二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片的紅外 光譜圖；
[0027] 圖2為本發(fā)明實施例1中制備的二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片的X射 線衍射圖；
[0028] 圖3為本發(fā)明實施例1中制備的二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片的原子 力顯微鏡圖像；
[0029] 圖4(a)為本發(fā)明實施例1中制備的二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片的 透射電子顯微鏡圖像；圖4(b)為其局部高分辨透射電子顯微鏡圖像；
[0030] 圖5為本發(fā)明實施例1中制備的二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片分散液 的丁達爾現象圖。

【具體實施方式】
[0031] 首先，對本發(fā)明所提供的二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片的制備方法進 行說明，制備過程中主要的反應方程式如下：
[0032] 2Mg2+ (org) +A13+ (org) +60H- (org) = [Mg2Al (OH) 6]+
[0033] org表示在有機溶劑體系中（organic system)。生成的納米片為單層層板 [Mg2Al (0H) 6] +且層板帶正電荷，原料中的NCV等陰離子聚集在層板周圍用以中和電性。
[0034] 制備過程中還存在副反應如下：

【權利要求】
1. 二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片的制備方法，其特征在于，包括以下步 驟： a) 將鎂鹽和鋁鹽溶解于甲酰胺中，形成溶液A，其中，所述鎂鹽中鎂離子與所述鋁鹽中 鋁離子的摩爾比為2 :1 ; b) 將強堿性氫氧化物與溶液A混合，得到膠態(tài)混合液，其中，所述強堿性氫氧化物與所 述鋁鹽中鋁離子的摩爾比為（9?15) :1 ; c) 將步驟b)得到的膠態(tài)混合液進行水熱反應，得到二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化 物納米片，所述二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片分散在溶劑甲酰胺中，形成二維 單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片分散液；所述水熱反應的溫度為20°C?70°C，反應時 間為2?72小時。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括：在步驟c)得到二維單層鎂鋁層狀 雙金屬氫氧化物納米片分散液后，將所述二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片分散液 進行離心分離，得到二維單層鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物納米片膠體。
3. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b)將強堿性氫氧化物與溶液A混合，得 到膠態(tài)混合液，包括： 將強堿性氫氧化物溶解于甲酰胺中，形成溶液B，將溶液A與溶液B混合，得到膠態(tài)混合 液； 或 直接把強堿性氫氧化物固體逐漸加入到溶液A中，直到完全溶解，得到膠態(tài)混合液。
4. 如權利要求1至3中任一權利要求所述的方法，其特征在于，在步驟b)中得到膠態(tài) 混合液后，還包括：離心分離所述膠態(tài)混合液，得到膠態(tài)物質； 在步驟c)中，所述將步驟b)得到的膠態(tài)混合液進行水熱反應，包括： 將離心分離得到的所述膠態(tài)物質重新分散于甲酰胺中，形成二次甲酰胺分散液，并將 該二次甲酰胺分散液進行水熱反應。
5. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述鎂鹽包括：硝酸鎂、氯化鎂及硫酸鎂中 的至少一種；所述鋁鹽包括：硝酸鋁、氯化鋁及硫酸鋁中的至少一種。
6. 如權利要求1至3中任一權利要求所述的方法，其特征在于，所述強堿性氫氧化物包 括：氫氧化鈉及氫氧化鉀中的至少一種。
7. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟a)中甲酰胺的體積與鋁鹽中鋁離子摩 爾數的比為（2?8)L/mol。
8. 如權利要求3所述的方法，其特征在于，在將強堿性氫氧化物溶解于甲酰胺時，甲酰 胺的體積與強堿性氫氧化物的摩爾數的比為（〇. 6?2) L/mol。
9. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟a)中將鎂鹽和鋁鹽溶于甲酰胺中后，還 包括：對含有鎂鹽和鋁鹽的甲酰胺進行超聲震蕩。
10. 如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述將溶液A與溶液B混合，具體為：將溶 液B以滴加的方式加到溶液A中。
【文檔編號】B82Y30/00GK104291368SQ201410475989
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權日:2014年9月17日
【發(fā)明者】楊曉晶, 梁杜鵑 申請人:北京師范大學, 北京師大科技園科技發(fā)展有限責任公司