水滑石（LDHs）是一種陰離子黏土材料,由于其主體層板厚度的可調(diào)性,使其在光/電催化、電池、超級電容器、傳感器以及生物醫(yī)藥等領域都具有廣泛應用。降低層厚至單層可使材料的物理化學性質(zhì)發(fā)生根本改變,從而優(yōu)化催化性能。近期研究表明,利用自上而下,自下而上的方法,可以實現(xiàn)單層LDHs類材料的合成,但是受限于產(chǎn)量（g級）以及成本設備等問題,目前規(guī)�；苽涓哔|(zhì)量單層LDHs類材料還沒有工業(yè)案例。成核晶化隔離法是目前唯一規(guī)�；铣杉{米LDHs的工業(yè)化方法,具有成本低,產(chǎn)量可噸級放大等優(yōu)點。本綜述從合成方法、表征手段、應用三個角度討論了單層及超薄LDHs的精準調(diào)控,詳細論述了近期關(guān)于單層及超薄LDHs合成突破以及LDHs的規(guī)�；a(chǎn)進展,并對其性能進行了總結(jié),為后續(xù)設計高性能單層LDHs提供思路。 

【文章來源】：物理化學學報. 2020,36(09)北大核心SCICSCD

【文章頁數(shù)】：17 頁

【部分圖文】：

液相剝離方法示意圖38,43,46

眾所周知，LDHs具有獨特的“結(jié)構(gòu)記憶效應”，即LDHs在一定溫度下煅燒其結(jié)構(gòu)遭到破壞，主體層板依舊保持，將煅燒后得到的LDO加入到適當?shù)娜軇┲锌墒沟肔DHs結(jié)構(gòu)重建。具有高介電常數(shù)氨基酸溶液(2 mol·L-1甘氨酸水溶液的介電常數(shù)為125，而甲酰胺介電常數(shù)為111)不僅可以屏蔽靜電相互作用，減少層板與陰離子之間的相互作用，也可以通過氫鍵溶解并穩(wěn)定帶正電荷的納米片。在這種高介電常數(shù)的溶液中，LDHs沿c軸方向的結(jié)晶過程可被顯著抑制。O’Hare課題組46通過將2 mol?L-1甘氨酸水溶液添加到Mg2Al-LDO中并在100°C加熱24 h，得到厚度為2層的Mg2Al-LDH納米片(NS)半透明凝膠(如圖1c)。與不使用甘氨酸重建的對照LDHs(Water-LDH)相比，LDH NS的直徑和厚度都更小。這種方法有望通過控制復原時間，調(diào)控LDH厚度為單層，為獲得高質(zhì)量的超薄LDHs納米片提供了一種綠色高效的方法。除上述剝離方法外，等離子刻蝕在合成單層LDHs納米片中也得到了應用。由于等離子體會破壞層板金屬與層間陰離子之間的靜電相互作用，并且會對層板造成一定刻蝕，Wang等人47將大塊Co Fe-LDH進行水等離子體處理得到具有多種空位厚度為1.54 nm超薄的Co Fe-LDH納米片(如圖2c)。并通過EXAFS (extended X-ray absorption finestructure)進一步證實超薄Co Fe-LDH中存在多種類型的空位，如鈷、鐵和氧空位，增加的空位作為活性位點顯著促進了OER的電催化活性，得到優(yōu)于大塊Co Fe-LDH的過電位及動力學性能。這種方法為制備具有多種活性位點的超薄LDHs提供了一種新的策略，與常規(guī)液相剝離相比，不僅可避免有機溶劑的使用，而且具有綠色高效等優(yōu)點。但是，該方法受儀器的約束明顯，限制了其廣泛應用。

合成LDHs過程中反應物的混合方法對成核和沉淀過程有重要影響，并將影響晶粒尺寸和晶粒尺寸分布。恒定p H條件下的傳統(tǒng)共沉淀法為在恒p H條件下，向反應容器中滴加混合鹽和堿溶液使成核/沉淀過程同時完成。Duan等人21于2002年提出一種新的LDHs合成方法，即成核晶化隔離法。該方法的成核過程是在膠體磨反應器劇烈攪拌下，將金屬鹽溶液和堿溶液同時迅速加入膠體磨中，經(jīng)過幾分鐘攪拌快速完成，隨后進行老化過程，可得到粒徑分布均一(60–80 nm)的Mg Al-LDH納米片，相比傳統(tǒng)共沉淀得到的LDH (60 nm–10μm)，該方法得到的LDH粒徑分布更均一(如圖5a–d)。調(diào)整金屬鹽溶液中Mg2+/Al3+比例均能成功合成粒徑分布比共沉淀法更窄的LDHs納米片，證明使混合和成核在很短的時間內(nèi)完成，避免了因較長混合時間而造成粒徑不均的問題。對于該方法能夠形成粒徑分布均勻納米片的原因，Duan等人認為晶核的形成和生長在該方法中同時發(fā)生，對晶粒尺寸會產(chǎn)生較大影響。溶液在定子和轉(zhuǎn)子之間受高速流體剪切力和高壓摩擦影響，形成一層薄薄的液體膜并受到強烈的振動，使晶核的團聚受到抑制，進而保持較小尺寸，將粒徑尺寸分布均勻的晶核老化，即得到粒徑相似晶型較好的晶體。此方法保證了合成納米片晶粒尺寸的均勻性，且操作簡單，反應時間較短易于規(guī)�；a(chǎn)。應用此方法可以合成Mg Fe-LDH，通過調(diào)控Mg:Fe摩爾比，以及晶化溫度、晶化時間，可以獲得Mg Fe-LDH晶形、晶面生長選擇性及晶粒尺寸影響規(guī)律。該方法可以進一步拓展制備粒徑為20–50 nm，厚度為3–5 nm的MIIMIII-LDH (MII=Mg,Zn,Ni,Cu;MIII=Al,Cr)納米片光催化劑59。本課題組已成功將該工業(yè)化方法應用于單層LDHs的制備，實現(xiàn)了規(guī)�；a(chǎn)單層LDHs (實驗室kg/天) 60。圖5 成核晶化隔離法及規(guī)�；苽�21,22,62

【參考文獻】：
期刊論文
[1]納米材料的化學鋰化與電活性[J]. 麥立強,楊霜,韓春華,徐林,許絮,皮玉強.  物理化學學報. 2011(07)
[2]生物基碳包覆納米材料（Mn,Co）的制備[J]. 邱介山,安玉良,李杞秀,周穎,楊青.  物理化學學報. 2004(03)



本文編號：3320453