三維復合金屬氫氧化物的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種三維復合金屬氫氧化物的制備方法，該三維復合金屬氫氧化物包括低價主體層板陽離子、高價主體層板陽離子以及層間陰離子；該制備方法包括步驟：S1、將第一低價陽離子的氫氧化物與高價陽離子的水溶性鹽混合，并溶于水中，獲得混合物；S2、將混合物在80℃～300℃下反應4h～100h，反應產物經固液分離，所得固相經干燥，獲得三維復合金屬氫氧化物。根據本發明專利技術的三維復合金屬氫氧化物的制備方法是一種清潔的制備方法，所獲得的三維復合金屬氫氧化物是由低維納米材料組裝而成的三維結構，該結構不僅保持了低維材料特殊的性質，同時還有利于介質的擴散與傳遞，其具有更大的比表面積和更高的結構穩定性，在應用中可表現出了更高的活性和穩定性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于無機非金屬功能材料
，具體地講，涉及一種三維復合金屬氫氧化物的制備方法。
技術介紹
復合金屬氫氧化物(簡稱LDHs)是一種層狀材料，LDHs由帶正電荷的金屬氫氧化物層板和帶負電荷的層間陰離子組裝而成，金屬氫氧化物層板中帶有具有不同電荷的金屬陽離子。在現有的LDHs中，金屬陽離子主要為二價金屬陽離子和三價金屬陽離子，由此該LDHs的結構通式可表示為：[M+M2+1-y-0.5x-2zM3+yM4+z(OH)2](An-)y/n·mH2O，其中M+、M2+、M3+和M4+分別表示位于金屬氫氧化物層板上的一價金屬陽離子、二價金屬陽離子、三價金屬陽離子和四價金屬陽離子，An-表示層間陰離子，0≤x≤0.4，0≤y≤0.7，0≤z≤0.5，0≤y+0.5x+2z≤1，其中y、z不能同時為0；m為層間水分子的物質的量。LDHs具有主客體元素種類和數量可調、層板彈性可調、尺寸和形貌可調等特點，LDHs因其結構的特殊性以及性能被極大強化而在催化、能源、生物傳感器、吸附、藥物等研究領域引起了廣泛興趣和高度重視，產業關聯度大、滲透性強，可廣泛應用于國民經濟眾多領域和行業。材料的尺寸、形貌、比表面積等性質對材料的性能具有重要的影響，LDHs作為性能優異的催化劑載體、催化劑、吸附劑等材料，其形貌和比表面積對材料性能具有至關重要的影響。然而傳統的LDHs通常為片狀結構，比表面積較小，同時片狀結構間還容易堆砌從而不僅影響介質在LDHs樣品中的擴散與傳遞，同時還會降低材料的比表面積和結構穩定性，從而進一步影響材料的性能。三維結構材料主要是由低緯度的材料，如零維的納米顆粒、納米晶、納米團簇，一維的納米棒、納米線、納米帶、納米管、納米纖維，二維的納米片經過二次組裝而成；這些材料不僅保持了低維材料特殊的性質，還具有高度開放的結構，從而利于介質的擴散與傳遞，同時具有更大的比表面積，此外還因低維材料間特殊的相互作用使其具有更高的穩定性。因這些特殊的性質三維材料在應用中表現出了更高的活性、穩定性，因此廣受研究者的喜愛。然而，制備三維LDHs的傳統方法主要是通過添加表面活性劑在有機溶劑中制備的，這些方法在合成三維結構LDHs方面具有較好的效果，但是依然具有合成比較盲目且合成過程不可控的缺點。此外，這些方法還需要NaOH、氨水、Na2CO3等物質，從而需要幾十倍甚至上百倍的水進行洗滌，從而增加了水洗次數和難度使生產成本進一步增加。
技術實現思路
為解決上述現有技術存在的問題，本專利技術提供了一種三維復合金屬氫氧化物的制備方法，該制備方法避免使用氫氧化鈉等物質，不會產生副產物，原子經濟性接近100％，是一種清潔的制備方法。為了達到上述專利技術目的，本專利技術采用了如下的技術方案：一種三維復合金屬氫氧化物的制備方法，所述三維復合金屬氫氧化物由低維納米材料組裝而成，所述三維復合金屬氫氧化物包括低價主體層板陽離子、高價主體層板陽離子以及層間陰離子，其中，所述低價主體層板陽離子和所述高價主體層板陽離子均包括至少一種金屬陽離子；所述制備方法包括步驟：S1、將三維狀第一低價陽離子的氫氧化物與高價陽離子的水溶性鹽混合，并溶于水中，獲得混合物；S2、將所述混合物在80℃～300℃下反應4h～100h，反應產物經固液分離，所得固相經干燥，獲得所述三維復合金屬氫氧化物。進一步地，所述第一低價陽離子與所述低價主體層板陽離子相同；所述高價陽離子與所述高價主體層板陽離子相同。進一步地，所述第一低價陽離子選自Li+、Mg2+、Zn2+、Ca2+、Cu2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Cd2+和Be2+中的至少一種；所述高價陽離子選自Al3+、Ni3+、Co3+、Fe3+、Mn3+、Cr3+、V3+、Ti3+、In3+、Ga3+、Sn4+、Ti4+和Zr4+中的至少一種。進一步地，所述高價陽離子的水溶性鹽中的陰離子選自Cl-、SO42-、CO32-、NO3-中的任意一種。進一步地，在所述混合物中，所述第一低價陽離子與所述高價陽離子的物質的量之比為1:1～4:1。進一步地，所述步驟S1中還包括：將第二低價陽離子的水溶性鹽加入至所述混合物中。進一步地，所述第二低價陽離子與所述低價主體層板陽離子相同。進一步地，所述第二低價陽離子選自Li+、Mg2+、Zn2+、Ca2+、Cu2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Cd2+和Be2+中的至少一種；所述第二低價陽離子的水溶性鹽中的陰離子選自Cl-、SO42-、CO32-、NO3-中的任意一種。進一步地，所述第二低價陽離子的水溶性鹽中的陰離子與所述高價陽離子的水溶性鹽中的陰離子相同。進一步地，在所述步驟S1中，水的質量為所述第一低價陽離子的氫氧化物的質量的1～100倍。本專利技術通過合理選擇反應物、同時通過合理控制各反應物之間的比例，使得最終僅獲得包括預定離子的復合金屬氫氧化物，而不會伴生其他副產物；獲得的復合金屬氫氧化物可直接使用，而無需洗滌等操作，減少了洗滌用水等淡水資源的使用，同時達到了100％的原子經濟性，滿足了綠色化學的要求。與此同時，所獲得的復合金屬氫氧化物呈三維狀，是由低維納米材料組裝而成的，三維復合金屬氫氧化物有利于介質的擴散與傳遞，其具有更大的比表面積和更高的結構穩定性，在應用中表現出了更高的活性和穩定性。附圖說明通過結合附圖進行的以下描述，本專利技術的實施例的上述和其它方面、特點和優點將變得更加清楚，附圖中：圖1是三維Ni(OH)2及根據本專利技術的實施例1的三維復合金屬氫氧化物的XRD對比圖片；圖2是根據本專利技術的實施例1的三維復合金屬氫氧化物的SEM圖片；圖3是三維Ni(OH)2的SEM圖片。具體實施方式以下，將參照附圖來詳細描述本專利技術的實施例。然而，可以以許多不同的形式來實施本專利技術，并且本專利技術不應該被解釋為限制于這里闡述的具體實施例。相反，提供這些實施例是為了解釋本專利技術的原理及其實際應用，從而使本領域的其他技術人員能夠理解本專利技術的各種實施例和適合于特定預期應用的各種修改。本專利技術公開了一種三維復合金屬氫氧化物的制備方法，該三維復合金屬氫氧化物包括低價主體層板陽離子、高價主體層板陽離子以及層間陰離子，其中，低價主體層板陽離子和/或高價主體層板陽離子包括至少一種金屬陽離子。根據本專利技術的三維復合金屬氫氧化物的制備方法包括下述步驟：S1、將三維第一低價陽離子的氫氧化物與高價陽離子的水溶性鹽混合，并溶于水中，獲得混合物。優選地，混合物中還包括第二低價陽離子的水溶性鹽。具體地，第一低價陽離子、第二低價陽離子與復合金屬氫氧化物中的低價主體層板陽離子相同，用于最終形成該三維復合金屬氫氧化物的低價主體層板陽離子；其中第一低價陽離子和第二低價陽離子分別用X1、X2表示。高價陽離子與高價主體層板陽離子相同，用Y表示。第一低價陽離子和第二低價陽離子均選自Li+、Mg2+、Zn2+、Ca2+、Cu2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Cd2+和Be2+中的至少一種。高價陽離子選自Al3+、Ni3+、Co3+、Fe3+、Mn3+、Cr3+、V3+、Ti3+、In3+、Ga3+、Sn4+、Ti4+和Zr4+中的至少一種。第二低價陽離子的水溶性鹽及高價陽離子的水溶性鹽中的陰離子均選自Cl-、SO42-、CO32-、N本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種三維復合金屬氫氧化物的制備方法，所述三維復合金屬氫氧化物由低維納米材料組裝而成，所述三維復合金屬氫氧化物包括低價主體層板陽離子、高價主體層板陽離子以及層間陰離子，其中，所述低價主體層板陽離子和所述高價主體層板陽離子均包括至少一種金屬陽離子；其特征在于，所述制備方法包括步驟：S1、將三維狀第一低價陽離子的氫氧化物與高價陽離子的水溶性鹽混合，并溶于水中，獲得混合物；S2、將所述混合物在80℃～300℃下反應4h～100h，反應產物經固液分離，所得固相經干燥，獲得所述三維復合金屬氫氧化物。

【技術特征摘要】
1.一種三維復合金屬氫氧化物的制備方法，所述三維復合金屬氫氧化物由低維納米材料組裝而成，所述三維復合金屬氫氧化物包括低價主體層板陽離子、高價主體層板陽離子以及層間陰離子，其中，所述低價主體層板陽離子和所述高價主體層板陽離子均包括至少一種金屬陽離子；其特征在于，所述制備方法包括步驟：S1、將三維狀第一低價陽離子的氫氧化物與高價陽離子的水溶性鹽混合，并溶于水中，獲得混合物；S2、將所述混合物在80℃～300℃下反應4h～100h，反應產物經固液分離，所得固相經干燥，獲得所述三維復合金屬氫氧化物。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述第一低價陽離子與所述低價主體層板陽離子相同；所述高價陽離子與所述高價主體層板陽離子相同。3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述第一低價陽離子選自Li+、Mg2+、Zn2+、Ca2+、Cu2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Cd2+和Be2+中的至少一種；所述高價陽離子選自Al3+、Ni3+、Co3+、Fe3+、Mn3+、Cr3+、V3+、Ti3+、In3+、Ga3+、Sn4+、Ti4+和Zr4+中的至少一種。4.根據權利要求1所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：樊發英，鄧小川，唐志雷，
申請(專利權)人：中國科學院青海鹽湖研究所，
類型：發明
國別省市：青海;63