【《层状双金属氢氧化物的制备研究国内外文献综述》2200字】

层状双金属氢氧化物的制备研究国内外文献综述1.1层状双金属氢氧化物简介层状双金属氢氧化物（LDH）是一种二维材料[82]，层状双金属氢氧化物的通用通式为[M1-x2+Mx3+(OH)2][An-]x/n·zH2O，其中M2+和M3+分别是二价和三价金属阳离子，An−是一种补偿电荷平衡的无机或有机阴离子[83,84]。LDH板层表面带正电荷，板层间插入阴离子插层以平衡正电荷。并且由于LDH层间的阴离子插层可交换性，其可进行阴离子吸附。基于以上性质，LDH可与其他物质形成复合材料广泛应用于吸附[85-87]、药物传递[88]、催化[82]等方面。图1-16具有不同M2+/M3+摩尔比的碳酸根插层的LDH的理想结构，沿c轴堆积的八面体金属氢氧化物以及存在于中间插层区域的水分子和阴离子[84]Fig.1-16Theidealizedstructureofcarbonate-intercalatedLDHswithdifferentM2+/M3+molarratiosshowingthemetalhydroxideoctahedrastackedalongthecrystallographicc-axis,aswellaswaterandanionspresentintheinterlayerregion1.2层状双金属氢氧化物的制备方法层状双金属氢氧化物的合成方法主要包括水热法[89]和共沉淀法[90]这两大类。水热法是通过将两种金属盐与碱溶于水溶液，置于水热釜中，在一定的温度与反应时间的控制下合成LDH的方法，这种方法有利于提高晶体的结晶度[89]；共沉淀法是通过将两种金属的盐溶液与碱性溶液在搅拌的条件下混合，并在一定条件下晶化得到LDH，这种方法的普适性很好，但是可能会导致结晶度不高[90]。本文中采用CoAl-CO32-LDH和MgAl-CO32-LDH作为屏蔽模板。CoAl-CO32-LDH是一种边长约为3μm，厚度为几十纳米的正六边形层状物质，由二价钴的氢氧化物构成板层骨架，三价铝同晶取代部分二价钴，碳酸根离子作为层间阴离子插层。MgAl-CO32-LDH是一种正六边形层状纳米片，边长范围50nm至200nm，厚度为几十纳米[84]。CoAl-CO32-LDH可利用水热法合成，利用尿素在高温条件下分解产生的一水合氨与二价钴、三价铝的盐溶液反应成核并结晶生长，而尿素分解产生的碳酸根用作阴离子插层。MgAl-CO32-LDH则是利用共沉淀-水热法合成，这种方法通过镁盐和铝盐共沉淀后离心水洗，然后经过水热处理得到MgAl-CO32-LDH。不同于传统的共沉淀法，共沉淀后的水热处理大大提高了MgAl-CO32-LDH的分散性[91]。此外，LDH层间阴离子具有可交换性，可通过将低价态阴离子插层的LDH置于含有过量的更高价态阴离子的盐溶液中，进行阴离子插层的交换获得新的LDH[92-94]。并且，由于LDH具有记忆效应，将其煅烧后再置于含阴离子的水溶液中，能够重新进行阴离子插层恢复原来的结构。但是这一过程比较复杂，并且若煅烧温度超过500℃则不能恢复[95]。1.3层状双金属氢氧化物的复合材料及其应用通过与LDH板层表面的正电荷静电吸附、或与LDH表面的羟基形成氢键、或者在其他物质表面成核生长等方法，可以与石墨烯、碳纳米管、二氧化硅、泡沫镍等物质形成复合纳米材料，进而辅助特定形貌或性质的材料制备，或者提高LDH纳米片的分散性或者催化性能等[96-98]。在吸附方面，由于LDH的阴离子插层具有吸附作用，经常与其他物质复合进行协同吸附，如石墨烯、碳纳米管、多硫化物等。或者将LDH煅烧为层状双金属氧化物（LDO）增强其吸附性能[85-87]。LDH常用于吸附核废料中的环境污染物六价铀，GuixiaZhao等人[99]采用共沉淀法和水热时效法制备了CaAl-LDH修饰的碳纳米管复合材料。六价铀在CaAl-LDH修饰的碳纳米管复合材料上的吸附量其在裸露的碳纳米管材料上的吸附量的四倍[99]。LDH还可以用于吸附废水中的致癌物六价铬，XiaoyaYuan等人[100]通过尿素水解水热反应制备了石墨烯/MgAl层状双氢氧化物（G/MgAl-LDH）纳米复合材料，尿素可以有效还原GO，同时诱导石墨烯纳米片上LDH微晶的成核和原位生长。煅烧后的G/MgAl-LDH仅需要更低的剂量就可以达到更高的吸附效率。Cr（VI）的吸附主要是因为石墨烯的表面吸附和煅烧LDH的记忆效应，同时煅烧可以增强吸附过程中复合物各组分的协同作用。这种LDH的复合物质可作为一种高效的纳米吸附剂，可以用于去除废水中的重金属[100]等。在药物传递方面，LDH常常与其他材料复合组装成特定结构以满足药物运输的特殊要求[88]。例如，魏等人[101]将LDH与二氧化硅和四氧化三铁的复合磁性材料组装，四氧化三铁与二氧化硅形成核壳结构，二氧化硅表面沉积水铝石后LDH在其上形成花状结构，有利于蛋白质的运载与释放。在催化方面，LDH板层表面带正电荷，并且具有阴离子插层，可以作为催化剂的良好载体，同时LDH本身带有两种金属物质，能够协助催化反应的进行[82]，[102]，[103]。DongpengYan等人[104]研究出了一种用于整体水分解的双功能电催化剂镍铬层状双氢氧化物（NiCr-LDH）纳米片，催化析氢和析氧反应的效率优于Pt/C催化剂。参考文献[1]DeGennesPG,Softmatter[J].ReviewsofModernPhysics,1992,64(3):645-648.[2]SafaieN,FerrierRC,Janusnanoparticlesynthesis:Overview,recentdevelopments,andapplications[J].JournalofAppliedPhysics,2020,127(17):170902.[3]LattuadaM,HattonTA,Synthesis,propertiesandapplicationsofJanusnanoparticles[J].NanoToday,2011,6(3):286-308.[4]WaltherA,AndréX,DrechslerM,etal.,Janusdiscs[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2007,129(19):6187-6198.[5]WangZJ,WangY,LiuGJ,etal.,Rapidandefficientseparationofoilfromoil-in-WateremulsionsusingaJanuscottonfabric[J].AngewandteChemieInternationalEdition,2016,55(4):1291-1294.[6]PercecV,WilsonAD,LeowanawatP,etal.,Self-assemblyofJanusdendrimersintouniformdendrimersomesandothercomplexarchitectures[J].Science,2010,328:1009-1014.[7]ZhangJ,JiaS,KholmanovI,etal.,Janusmonolayertransition-metaldichalcogenides[J].ACSNano,2017,11(8):8192-8198.[8]ErD,YeH,FreyCN,etal.,PredictionofenhancedcatalyticactivityforhydrogenevolutionreactioninJanustransitionmetaldichalcogenides[J].NanoLetters,2018,18(6):3943-3949.[9]ZhangCM,NieYH,SanvitoS,etal.,First-principlespredictionofaroom-temperatureferromagneticJanusVSSemonolayerwithpiezoelectricity,ferroelasticity,andlargevalleypolarization[J].NanoLetters,2019,19(2):1366-1370.[10]LogetG,ZigahD,BouffierL,etal.,Bipolarelectrochemistry:Frommaterialssciencetomotionandbeyond[J].AccountsofChemicalResearch,2013,46(11):2513-2523.[11]SehWZ,LiuSH,LowM,etal.,JanusAu-TiO2photocatalystswithstronglocalizationofplasmonicnear-fieldsforefficientvisible-lighthydrogengeneration[J].AdvancedMaterials,2012,24(17):2310-2314.[12]LiJ,ZhanGM,YuY,etal.,SuperiorvisiblelighthydrogenevolutionofJanusbilayerjunctionsviaatomic-levelchargeflowsteering[J].NatureCommunication,2016,7:11480.[13]ZhangLY,ChenYY,LiZL,etal.,Tailoredsynthesisofoctopus-typeJanusnanoparticlesforsynergisticactively-targetedandchemo-photothermaltherapy[J].AngewandteChemieInternationalEdition,2016,55(6):2118-2121.[14]WuZY,LiL,LiaoT,etal.,Janusnanoarchitectures:Fromstructuraldesigntocatalyticapplications[J].NanoToday,2018,22:62-82.[15]DuJZ,O’ReillyKR,Anisotropicparticleswithpatchy,multicompartmentandJanusarchitectures:preparationandapplication[J].ChemicalSocietyReviews,2011,40(5):2402-2416.[16]PengR,MaYD,HuangBB,etal.,Two-dimensionalJanusPtSSeforphotocatalyticwatersplittingunderthevisibleorinfraredlight[J].JournalofMaterialsChemistryA,2019,7(2):603-610.[17]ChenQ,WhitmerKJ,JiangS,etal.,SupracolloidalreactionkineticsofJanusspheres[J].Science,2011,331(6014):199-202.[18]HiguchiT,TajimaA,YabuH,etal.,Spontaneousformationofpolymernanoparticleswithinnermicro-phaseseparationstructures[J].SoftMatter,2008,4(6):1302-1305.[19]WaltherA,MatussekK,MüllerAHE,etal.,EngineeringnanostructuredpolymerblendswithcontrollednanoparticlelocationusingJanusparticles[J].ACSNan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