一种片层状镍铝水滑石纳米材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种片层状镍铝水滑石纳米材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将异丙醇铝分散在水中，搅拌后，滴加HNO3调节溶液pH值为1?8，继续搅拌，待水分蒸发后即可得到AlOOH溶胶；将干燥后的AlOOH溶胶进行研磨，加水搅拌，得到AlOOH溶胶前驱体；(2)向AlOOH溶胶前驱体中滴加Ni(NO3)2溶液，搅拌后，加入尿素，在50?250℃下水热反应1?48h。本发明制备的镍铝水滑石纳米材料呈现出纳米片状，该纳米片具有四周边缘部分外翻的特点，整体形状与人的耳朵相似，使纳米片之间有空隙，避免了平整的纳米片易团聚的问题，使材料比表面积大，结构稳定。
【专利说明】
一种片层状镍铝水滑石纳米材料的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于无机纳米材料合成领域，涉及一种片层状镍铝水滑石纳米材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]水滑石(Layered double hydroxide,LDH)又叫做层状双轻基复合金属氧化物，包括水滑石(Hydrotalcite，简称为HT)和类水滑石(Hydrotalcite-1 ike Compounds，简称为HTLCs)，其典型的分子式为[M2YxM3+x(OH)2]x+[An—x/n.mH20]x—。水滑石类化合物是一类多功能材料，也称为层状复合金属氢氧化物，其中的M2+、M3+分别表示二价、三价金属阳离子，M2+代表二价金属阳离子，可以是锰、锌、钴、镍、铁、钙、铜、镁等金属元素的二价离子;M3+代表三价金属阳离子，可以是铝、铁、络、镓、镍、猛、钴等金属元素的三价离子;An—代表层间阴离子，可以是碳酸根离子、硝酸根离子、硫酸根离子等。X为M3+/(M2++M3+)的摩尔比值;η为层间水分子的数目。
[0003]在水滑石内部存在多种相互作用，其中在层板内部是共价键，而层板与层间客体之间主要是静电相互作用和氢键。由于水滑石层板带有正电荷，因而进入层间的客体都是带有负电荷的阴离子。因此，无论这些进入层间的是无机阴离子、有机阴离子还是其它类型的阴离子，都能够通过静电力与带有正电荷的层板相互作用使整个水滑石呈现电中性。位于层间的水分子和阴离子可以任意地断开旧键，形成新键，这种性质使得层板间可以选择性的插入不同种类和数量的阴离子，使水滑石具有结构可设计性。
[0004]目前水滑石材料的制备方法主要有水热法，共沉淀法，微波辅助法，高温烧结法、原位生长法等。共沉淀法制备的材料尺寸不易控制，易团聚不均匀，比表面积小，活性较差。微波辅助法与高温烧结法可以制备尺寸均匀的材料，然而较高的反应温度和反应时间将消耗大量的能量。原位生长法利用导电基底作为材料的生长基底可以原位生长制备纳米尺寸的材料，该方法制备的材料尺寸小，导电性良好，具有良好的电化学性质，然而受到制备方法的制约，该方法得到的材料产量低，限制了材料的商业化生产。液相法作为一种简单易操作的材料合成方法受到青睐，利用液相反应物在反应釜中的高温高压环境进行晶粒成核及生长可实现材料大小、形态、结构的可控生长，制备具有特定结构的材料。
[0005]例如在李秋荣等人的发明专利中(发明专利申请号:201310084193.9)合成了一种分层花型贝壳粉基镍铝水滑石三维结构微球，合成的水滑石结晶度高。然而，由于材料在催化、电化学领域方面应用时，反应主要在材料表面发生，针对该发明中的三维球形结构，反应在三维结构微球表面发生，而内部结构部分不能被充分利用，最终导致材料的效率与利用率偏低。因此，设计并制备纳米结构材料，充分发挥材料各部分性能在提高材料利用率，获得高效率材料方面具有巨大的意义。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于:针对现有技术存在的问题，提供一种片层状镍铝水滑石纳米材料的制备方法，制备的镍铝水滑石纳米材料呈现出纳米片状，并且纳米片之间有空隙，避免平整的纳米片易团聚的问题，使材料比表面积大，结构稳定。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0008]一种片层状镍铝水滑石纳米材料的制备方法，包括以下步骤:
[0009](I)将异丙醇铝分散在水中，搅拌后，滴加HNO3调节溶液pH值为1-8，继续搅拌，待水分蒸发后即可得到A100H溶胶;将干燥后的A100H溶胶进行研磨，加水搅拌，得到A100H溶胶前驱体；
[0010](2)向步骤(I)得到的A100H溶胶前驱体中滴加Ni (NO3 )2溶液，搅拌后，加入尿素，在50-250 0C下水热反应l_48h，待反应完成后将产物离心或者过滤，洗涤，干燥，得到片层状镍铝水滑石纳米材料。
[0011]作为本发明的优选方案，所述步骤(I)中，将异丙醇铝分散在水中，在50-100°C下搅拌后，滴加浓度为l-5mol/L的HNO3调节溶液pH值为3-6，继续搅拌，将溶液体系冷却至室温，待水分蒸发后即可得到A100H溶胶。
[0012]作为本发明的优选方案，所述步骤(2)中，A100H溶胶前驱体的浓度为10-50g/L，Ni(則)2溶液的浓度为1-511101/1^100田容胶前驱体与祖(脳)2溶液的体积比为10:1。
[0013]作为本发明的优选方案，所述步骤(2)中，在100-200°C下水热反应18-24h。
[0014]本发明的有益效果在于:
[0015]本发明利用A100H溶胶前驱体与硝酸镍溶液进行水热反应，实现镍铝水滑石纳米材料的制备，该镍铝水滑石呈现出纳米片状，该纳米片具有四周边缘部分外翻的特点，整体形状与人的耳朵相似，该结构使纳米片之间有空隙，该特点避免了平整的纳米片易团聚的问题，使材料比表面积大，结构稳定，可用在催化、环保、超级电容器、金属腐蚀防腐等领域。
【附图说明】
[0016]图1为实施例1所制备的镍铝水滑石纳米材料的X射线衍射图谱；
[0017]图2为实施例1所制备的镍铝水滑石纳米材料的扫描电子显微镜照片；
[0018]图3为实施例2所制备的镍铝水滑石纳米材料的扫描电子显微镜照片。
【具体实施方式】
[0019]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0020]实施例1
[0021](I)将250g异丙醇铝分散在5L水中，在70°C下搅拌12h后，滴加浓度为3mol/L的HNO3调节溶液pH值为3，继续搅拌，将溶液体系冷却至室温，待水分蒸发后即可得到A100H溶胶；将干燥后的A100H溶胶250g进行研磨，加5L水搅拌12h后回流12h，得到A100H溶胶前驱体；
[0022](2)取步骤(I)得到的A100H溶胶前驱体5L，向其中滴加浓度为3mol/L的Ni (NO3)2溶液0.5L，搅拌后，加入尿素50g，在100°C下水热反应24h，待反应完成后将产物过滤，用水和乙醇交替洗涤产物，所得产物80°C条件下干燥12h，得到片层状镍铝水滑石纳米材料。
[0023]图1为实施例1所制备的镍铝水滑石纳米材料的X射线衍射图谱，图2为实施例1所制备的镍铝水滑石纳米材料的扫描电子显微镜照片，从图中可观察到制备的镍铝水滑石尺寸均匀，分散性良好，镍铝水滑石呈现出纳米片状，该纳米片具有四周边缘部分外翻的特点，整体形状与人的耳朵相似，该结构使纳米片之间有空隙，该特点避免了平整的纳米片易团聚的问题，使材料比表面积大，结构稳定。
[0024]实施例2
[0025](I)将250g异丙醇铝分散在5L水中，在50°C下搅拌24h后，滴加浓度为lmol/L的HNO3调节溶液pH值为6，继续搅拌，将溶液体系冷却至室温，待水分蒸发后即可得到A100H溶胶;将干燥后的AlOOH溶胶250g进行研磨，加1L水搅拌12h后回流12h，得到A100H溶胶前驱体；
[0026](2)取步骤(I)得到的A100H溶胶前驱体10L，向其中滴加浓度为2mol/L的Ni(NO3)2溶液IL，搅拌后，加入尿素70g，在200 0C下水热反应18h，待反应完成后将产物过滤，用水和乙醇交替洗涤产物，所得产物80°C条件下干燥12h，得到片层状镍铝水滑石纳米材料。
[0027]图3为实施例2所制备的镍铝水滑石纳米材料的扫描电子显微镜照片。
[0028]实施例3
[0029](I)将250g异丙醇铝分散在5L水中，在90°C下搅拌5h后，滴加浓度为5mol/L的HNO3调节溶液PH值为4，继续搅拌，将溶液体系冷却至室温，待水分蒸发后即可得到A100H溶胶；将干燥后的A100H溶胶250g进行研磨，加25L水搅拌12h后回流12h，得到A100H溶胶前驱体；
[0030](2)取步骤(I)得到的A100H溶胶前驱体25L，向其中滴加浓度为5mol/L的Ni(NO3)2溶液2.5L，搅拌后，加入尿素10g，在150°C下水热反应22h，待反应完成后将产物过滤，用水和乙醇交替洗涤产物，所得产物100°C条件下干燥8h，得到片层状镍铝水滑石纳米材料。
[0031]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
【主权项】
1.一种片层状镍铝水滑石纳米材料的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)将异丙醇铝分散在水中，搅拌后，滴加HNO3调节溶液pH值为1-8，继续搅拌，待水分蒸发后即可得到A100H溶胶;将干燥后的A100H溶胶进行研磨，加水搅拌，得到A100H溶胶前驱体； (2)向步骤(I)得到的A100H溶胶前驱体中滴加Ni(NO3)2溶液，搅拌后，加入尿素，在50-250°C下水热反应l_48h，待反应完成后将产物离心或者过滤，洗涤，干燥，得到片层状镍铝水滑石纳米材料。2.根据权利要求1所述的片层状镍铝水滑石纳米材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中，将异丙醇铝分散在水中，在50-100°C下搅拌后，滴加浓度为l-5mol/L的HNO3调节溶液PH值为3-6，继续搅拌，将溶液体系冷却至室温，待水分蒸发后即可得到A100H溶胶。3.根据权利要求1所述的片层状镍铝水滑石纳米材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中，A100H溶胶前驱体的浓度为10-50g/L，Ni(N03)2溶液的浓度为l-5mol/L，A100H溶胶前驱体与Ni(NO3)2溶液的体积比为10:1。4.根据权利要求1所述的片层状镍铝水滑石纳米材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中，在100-200°C下水热反应18-24h。
【文档编号】B82Y40/00GK106044870SQ201610703210
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月22日
【发明人】陈泽祥, 李海, 王艳, 张继君, 闫欣雨
【申请人】电子科技大学