二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片的制备方法
【专利摘要】本发明公开了二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片的制备方法：包括以下步骤：a)将镁盐和铝盐溶解于甲酰胺中，形成溶液A，其中，所述镁盐中镁离子与所述铝盐中铝离子的摩尔比为2：1；b)将强碱性氢氧化物与溶液A混合，得到胶态混合液，其中，所述强碱性氢氧化物与所述铝盐中铝离子的摩尔比为(9～15)：1；c)将步骤b)得到的胶态混合液进行水热反应，得到二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片，所述二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片分散在溶剂甲酰胺中，形成二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片分散液；所述水热反应的温度为20℃～70℃，反应时间为2～72小时。该方法成本低、制备工艺简单、生产周期短、溶剂可重复利用，适用于工业生产。
【专利说明】二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及二维纳米片的制备领域，特别涉及二维单层镁铝层状双金属氢氧化物 纳米片的制备方法。
【背景技术】
[0002] 层状双金属氢氧化物（LDH)是由带正电的金属层板以及层间阴离子堆积而成的 层状化合物，其结构类似于水镁石Mg(0H) 2，由金属-氧八面体共边连接而形成主体层板，故 也称为类水滑石化合物。由于三价离子（也有四价过渡金属离子）取代了部分的二价金属 离子使金属层板带正电荷，因而需要引入阴离子进入层间以平衡电荷，通常还有部分结晶 水存在于层间位置。LDH主体层板金属元素可调，金属与氧之间存在很强的共价键；主体层 板和层间阴离子之间存在静电引力和氢键作用，可以引入不同的层间阴离子，从而得到多 种结构和功能的插层复合体。
[0003] 在众多的层状双金属氢氧化物中，二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片 (MgAl-LDH)以其在光、电、磁、催化方面的特殊性能一直受到广泛的关注。对于层状化合物， 得到其二维单层纳米片一般有两种方式：top-down (自上而下）剥离和bottom-up (自下而 上）合成。但在现有技术中，二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片都是以top-down剥 离的方式来制备。该种方法需先合成LDH前躯体，然后通过离子交换形成与层板结合力较 弱的阴离子插层的LDH，再进行剥离得到产物。整个制备过程步骤较多，且剥离步骤的时间 较长。
[0004] -般来说，采用bottom-up方式制备二维纳米片的方法较为简单，但是利用 Bottom-up合成的方式制备二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片，还未见报道。
【发明内容】
[0005] 为解决上述问题，本发明实施例公开了一种二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳 米片的制备方法，技术方案如下：
[0006] 该方法可以包括以下步骤：
[0007] a)将镁盐和铝盐溶解于甲酰胺中，形成溶液A，其中，所述镁盐中镁离子与所述铝 盐中铝离子的摩尔比为2 :1 ;
[0008] b)将强碱性氢氧化物与溶液A混合，得到胶态混合液，其中，所述强碱性氢氧化物 与所述铝盐中铝离子的摩尔比为（9?15) :1 ;
[0009] c)将步骤b)得到的胶态混合液进行水热反应，得到二维单层镁铝层状双金属氢 氧化物纳米片，所述二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片分散在溶剂甲酰胺中，形成 二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片分散液；所述水热反应的温度为20°C?70°C，反 应时间为2?72小时。
[0010] 在本发明的一种优选实施方式中，还包括：在步骤C)得到二维单层镁铝层状双金 属氢氧化物纳米片分散液后，将所述二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片分散液进行 离心分离，得到二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片胶体。
[0011] 在本发明的一种优选实施方式中，步骤b)将强碱性氢氧化物与溶液A混合，得到 胶态混合液，包括：
[0012] 将强碱性氢氧化物溶解于甲酰胺中，形成溶液B，将溶液A与溶液B混合，得到胶态 混合液；
[0013]或
[0014] 直接把强碱性氢氧化物固体逐渐加入到溶液A中，直到完全溶解，得到胶态混合 液。
[0015] 在本发明的一种优选实施方式中，在步骤b)中得到胶态混合液后，还包括：离心 分离所述胶态混合液，得到胶态物质；
[0016] 在步骤c)中，所述将步骤b)得到的胶态混合液进行水热反应，包括 ：
[0017] 将离心分离得到的所述胶态物质重新分散于甲酰胺中，形成二次甲酰胺分散液， 并将该二次甲酰胺分散液进行水热反应。
[0018] 在本发明的一种优选实施方式中，所述镁盐包括：硝酸镁、氯化镁及硫酸镁中的至 少一种；所述铝盐包括：硝酸铝、氯化铝及硫酸铝中的至少一种。
[0019] 在本发明的一种优选实施方式中，所述强碱性氢氧化物包括：氢氧化钠及氢氧化 钾中的至少一种。
[0020] 在本发明的一种优选实施方式中，步骤a)中甲酰胺的体积与铝盐中铝离子摩尔 数的比为（2?8)L/mol。
[0021] 在本发明的一种优选实施方式中，在将强碱性氢氧化物溶解于甲酰胺时，甲酰胺 的体积与强碱性氢氧化物的摩尔数的比为（〇. 6?2) L/mol。
[0022] 在本发明的一种优选实施方式中，步骤a)中将镁盐和铝盐溶于甲酰胺中后，还包 括：对含有镁盐和铝盐的甲酰胺进行超声震荡。
[0023] 在本发明的一种优选实施方式中，所述将溶液A与溶液B混合，具体为：将溶液B 以滴加的方式加到溶液A中。
[0024] 本发明为首次提出采用bottom-up方式，在纯相溶剂甲酰胺中直接制备二维单 层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片的一种新方法。获得的纳米片厚度约为lnm，粒径为 5-15nm且分布均匀。该方法成本低、制备工艺简单、生产周期短、溶剂可重复利用，适用于工 业生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0026] 图1为本发明实施例1中制备的二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片的红外 光谱图；
[0027] 图2为本发明实施例1中制备的二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片的X射 线衍射图；
[0028] 图3为本发明实施例1中制备的二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片的原子 力显微镜图像；
[0029] 图4(a)为本发明实施例1中制备的二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片的 透射电子显微镜图像；图4(b)为其局部高分辨透射电子显微镜图像；
[0030] 图5为本发明实施例1中制备的二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片分散液 的丁达尔现象图。
【具体实施方式】
[0031] 首先，对本发明所提供的二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片的制备方法进 行说明，制备过程中主要的反应方程式如下：
[0032] 2Mg2+ (org) +A13+ (org) +60H- (org) = [Mg2Al (OH) 6]+
[0033] org表示在有机溶剂体系中（organic system)。生成的纳米片为单层层板 [Mg2Al (0H) 6] +且层板带正电荷，原料中的NCV等阴离子聚集在层板周围用以中和电性。
[0034] 制备过程中还存在副反应如下：
【权利要求】
1. 二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步 骤： a) 将镁盐和铝盐溶解于甲酰胺中，形成溶液A，其中，所述镁盐中镁离子与所述铝盐中 铝离子的摩尔比为2 :1 ; b) 将强碱性氢氧化物与溶液A混合，得到胶态混合液，其中，所述强碱性氢氧化物与所 述铝盐中铝离子的摩尔比为（9?15) :1 ; c) 将步骤b)得到的胶态混合液进行水热反应，得到二维单层镁铝层状双金属氢氧化 物纳米片，所述二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片分散在溶剂甲酰胺中，形成二维 单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片分散液；所述水热反应的温度为20°C?70°C，反应时 间为2?72小时。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在步骤c)得到二维单层镁铝层状 双金属氢氧化物纳米片分散液后，将所述二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片分散液 进行离心分离，得到二维单层镁铝层状双金属氢氧化物纳米片胶体。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)将强碱性氢氧化物与溶液A混合，得 到胶态混合液，包括： 将强碱性氢氧化物溶解于甲酰胺中，形成溶液B，将溶液A与溶液B混合，得到胶态混合 液； 或 直接把强碱性氢氧化物固体逐渐加入到溶液A中，直到完全溶解，得到胶态混合液。
4. 如权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，在步骤b)中得到胶态 混合液后，还包括：离心分离所述胶态混合液，得到胶态物质； 在步骤c)中，所述将步骤b)得到的胶态混合液进行水热反应，包括： 将离心分离得到的所述胶态物质重新分散于甲酰胺中，形成二次甲酰胺分散液，并将 该二次甲酰胺分散液进行水热反应。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镁盐包括：硝酸镁、氯化镁及硫酸镁中 的至少一种；所述铝盐包括：硝酸铝、氯化铝及硫酸铝中的至少一种。
6. 如权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述强碱性氢氧化物包 括：氢氧化钠及氢氧化钾中的至少一种。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a)中甲酰胺的体积与铝盐中铝离子摩 尔数的比为（2?8)L/mol。
8. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，在将强碱性氢氧化物溶解于甲酰胺时，甲酰 胺的体积与强碱性氢氧化物的摩尔数的比为（〇. 6?2) L/mol。
9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a)中将镁盐和铝盐溶于甲酰胺中后，还 包括：对含有镁盐和铝盐的甲酰胺进行超声震荡。
10. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将溶液A与溶液B混合，具体为：将溶 液B以滴加的方式加到溶液A中。
【文档编号】B82Y30/00GK104291368SQ201410475989
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】杨晓晶, 梁杜鹃 申请人:北京师范大学, 北京师大科技园科技发展有限责任公司