类水滑石在超临界乙醇中的剥离研究
发布时间：2022-01-06 01:04
超薄二维纳米材料是一种新型的纳米材料,由于其独特的结构特征及相关物理化学性质,使得其在电子/光电器件、催化反应、能量储存和转换、传感器和生物医学等方面具有十分广泛的应用前景。类水滑石（LDHs）是由金属氢氧化物作层板,层间为阴离子,通过静电作用力、氢键以及范德华力结合的层状化合物。通过剥离LDHs获得超薄二维纳米材料,常规方法中剥离LDHs步骤繁琐,且需要使用有机溶剂。开发环境友好,过程简便的LDHs剥离方法是超薄二维纳米材料研究的重要方向之一。本文基于超临界流体的特殊物理化学性质,研究了利用超临界乙醇剥离LDHs的过程,并提出剥离机理。本文主要的研究内容及结论如下:（1）利用尿素为碳源水热法合成了碳酸根插层的MgAl类水滑石,用离子交换的方法,将十二烷基硫酸根离子替换了层间碳酸根离子,扩大了层板间距,削弱了层板之间的静电作用力。（2）利用超临界乙醇对插层后的LDHs进行剥离,并确定剥离率的测定方法。XRD、FT-IR及丁达尔效应证实了剥离的成功,TEM和AFM观察到剥离后的LDHs纳米片,水平尺寸在2μm左右,厚度在4nm左右。（3）研究了 LDHs层板组成对剥离率的影响规律。当LD...
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．３表面活性剂插层的水滑石的ＴＥＭ图
粦水＿轉临齡醇中．的麵??动造成的［８１１同肘，我们也可以在ＴＥＭ？中直接观察到ＬＤＨｓ的形貌，图２．３?（ａ）??和图２．３?（ｂ）表录Ｂ经插眉的ＭｇＡｌ－ＤＳＬＤＨｓ的ＴＥＭ图。结果表明，简单处理．后的??ＬＤＨｓ层状结构为规则六边形，橫向尺寸约为２．４ｐｍ。??图２．１?（ｄ）所示的为利用超临界乙醇剥离后的ＭｇＡｌ－ＤＳＬＤＨｓ的ＸＲＤ谱丽。从??图中可以观察到，样品的特征衍射峰消失，．．１在２０＝３０°左右有较宽泛的衍射峰，表??明成功剥离了?ＬＤＨｓ，在２０＝６０°在右也有峰出现，表明剥离后的ＬＤＨｓ仍然具有层??板结构＿。综上所述，我们利用超临界乙醇成功剥离了?ＬＤＨｓ，并Ｍ获得了磊形较好??的纳米片。??图２．４剥离后ＬＤＨｓ的丁达尔效应。??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?Ｔｙｎｄａｌｌ?ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ＬＤＨｓ?ａｆｔｅｒ?ｅｘｆｏｌｉａｔｉｎｇ．??如ＦＴＩＲ圈２．２?（ｄ）所示。代表烷基链的所有峰消失，这是由于剥离后的ＬＤＨｓ??经过过滤和洗涤，大部分■＋＝貌基硫酸钠溶解在无水己醇中被洗掉，一些与层板相连??的十二領基硫酸钠被水解，Ｕｍｃｍ－１的峰代表十二焼棊硫酸钠水解启的Ｓ〇４２－的峰。??从图２．３?（ｃ）和图２．３?（ｄ）可以看出，剥离后的超薄纳米片的横向尺寸约为１．２ｐｍ，??＿时也有少部分大宁２ｐｍ的薄片。虚弱但是均匀的图像表明得到的纳米薄片＿常薄，??而：且厚度均匀。大多数薄片形状为规则的六边形，这表明此方法不会破坏ＬＤＨｓ薄??片的结构。同时，我们将其溶于盛有无水乙醇的烧杯中，发现它可以产生如图２．４所??承的丁达尔现象。图２．５表示的是剥离后的ＬＤＨｓ的原子力显微镜（ＡＦＭ＞下的图??像
第＝章利用超临：界＆醇辦离予鷺換后的ＬＤＨｓ进行剩离??可以看到纳米片的堆叠。??ｔｆＨ??０．０?ｌ：Ｈｅｉｇｈｔ?２０．０＾ｔｍ??Ｊ．ｉ＆ｈ?ｒ＾??－Ｉ?ｌｌｗｗｉ??０?１?２?３?４?５??Ｄｉｓｔａｎｃｅ（＾ｍ）??图２．５剥离后ＬＤＨ的ＡＦＭ图，包括轻敲模式图、三维结构图和高度剖面图。??Ｆｉｇｕｒｅ?２．５?Ｔｈｅ?ＡＦＭ?ｔａｐｐｉｎｇ?ｍｏｄｅ?ｉｍａｇｅ，?３Ｄ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｉｍａｇｅ?ａｎｄ?ｈｅｉｇｈｔ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｏｆ?ｅｘｆｏｌｉａｔｅｄ?ＬＤＨｓ．??根据ＬＤＨｓ剥离过程绘制出的剥离机理图如图２．６所示＊层间离子由碳酸根离予｜??依次被乙酸根离子和十＝１烷棊硫酸根离子交换，十Ｚ：烷棊硫酸根离子进入层间后，层??间距被撑大，有利于超临界状态下的乙醇分子进入，通过乙醇分子在超临界状态和常??规状态下的转换，从而实现了?ＬＤＨｓ的剥离。??Ｅｘｃｈａｎｇｅｄ??Ａｃｅｔｉｃ?ａｃｉｄ?ＳＤＳ??Ｍ—?ＭｇＡｌ－ＡｃＬＤＨ??Ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ??ＭｇＡｌ－ＤＳ?ＬＤＨ?ＭｇＡｌ－ＤＳＬＤＨ??＿?＿?＾?ｉｎ?ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ?ｅｔｈａｎｏｌ??９?＊?Ｎａ??〇＝ｓ＝〇?ｘ??Ｅｔｈａｎｅ，?ｍｏｌｅｃｕｌｅ??Ｓｏｄｉｕｍ?ｄｏｄｅｃｙｌ?ｓｕｌｔａｔｅ??图２．６?ＬＤＨｓ剥离机理图。??Ｆｉｇｕｒｅ２．６?Ｅｘｆｏｌｉａｔｉｎｇ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＬＤＨｓ．??１９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]水热法制备FeNix-LDH催化剂及OER性能[J]. 孙薇,杜磊,杜春雨,尹鸽平. 电池. 2019(05)
[2]钴/铁双金属有机框架材料用于电催化析氧反应（英文）[J]. 谢士礼,李斐,许素显,李佳原,曾伟. 催化学报. 2019(08)
[3]利用咪唑啉两性表面活性剂在水相中剥离类水滑石的研究[J]. 孙慧燕,白雪丽,薛丹丹,黄鑫,张剑,张越. 日用化学工业. 2018(08)
[4]新型二维纳米材料在电化学领域的应用与发展[J]. 高利芳,宋忠乾,孙中辉,李风华,韩冬雪,牛利. 应用化学. 2018(03)
[5]双滴共沉淀法合成MgO-LDH的脱氟性能[J]. 汪爱河,周康根,刘行,陈泉洲,刘芳. 中国有色金属学报. 2017(04)
[6]十二烷基硫酸钠插层水滑石-蒙脱石的制备与表征（英文）[J]. 李佳,王海霞,王向东,郭俊青,蒲敏. 稀有金属材料与工程. 2016(S1)
[7]Mg/Al/Fe型类水滑石焙烧产物吸附去除水中硫酸根离子[J]. 于洋,岳秀萍,刘吉明,曹岳. 环境工程学报. 2013(08)
[8]醇水介质中共沉淀法制备甲氨蝶呤/层状双氢氧化物纳米材料的研究[J]. 王继芹,李鑫,李淑萍,仲慧. 化学学报. 2011(02)
[9]纳米水滑石的制备、特性及应用[J]. 邓欣,方真,张帆,龙运多. 材料导报. 2010(S2)
[10]Zn-Al类水滑石磷吸附剂的制备及其吸附性能[J]. 陈爱燕,程翔,黄新瑞,孙德智. 化工学报. 2008(09)
博士论文
[1]超临界流体制备石墨烯、氧化钛纳米薄层的过程及热性能研究[D]. 刘长青.上海交通大学 2015
[2]LDH纳米粒子水热合成、固液界面自组装及其分散体系的相行为[D]. 栾玲玉.山东大学 2009
硕士论文
[1]三元类水滑石及其复合氧化物的性能与应用研究[D]. 刘德鹤.山东大学 2016
[2]表面活性剂插层水滑石对芳香性化合物的吸附增溶性能研究[D]. 赵培雯.北京化工大学 2015
[3]层状双氢氧化物制备、改性及其CO2吸附性能研究[D]. 吴建方.浙江工业大学 2013
[4]水滑石及其复合物的合成与电容性能研究[D]. 宋延超.哈尔滨工程大学 2012
[5]水滑石结构记忆效应及其结构塌陷动力学行为研究[D]. 刘岩峰.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：3571402
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．３表面活性剂插层的水滑石的ＴＥＭ图
粦水＿轉临齡醇中．的麵??动造成的［８１１同肘，我们也可以在ＴＥＭ？中直接观察到ＬＤＨｓ的形貌，图２．３?（ａ）??和图２．３?（ｂ）表录Ｂ经插眉的ＭｇＡｌ－ＤＳＬＤＨｓ的ＴＥＭ图。结果表明，简单处理．后的??ＬＤＨｓ层状结构为规则六边形，橫向尺寸约为２．４ｐｍ。??图２．１?（ｄ）所示的为利用超临界乙醇剥离后的ＭｇＡｌ－ＤＳＬＤＨｓ的ＸＲＤ谱丽。从??图中可以观察到，样品的特征衍射峰消失，．．１在２０＝３０°左右有较宽泛的衍射峰，表??明成功剥离了?ＬＤＨｓ，在２０＝６０°在右也有峰出现，表明剥离后的ＬＤＨｓ仍然具有层??板结构＿。综上所述，我们利用超临界乙醇成功剥离了?ＬＤＨｓ，并Ｍ获得了磊形较好??的纳米片。??图２．４剥离后ＬＤＨｓ的丁达尔效应。??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?Ｔｙｎｄａｌｌ?ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ＬＤＨｓ?ａｆｔｅｒ?ｅｘｆｏｌｉａｔｉｎｇ．??如ＦＴＩＲ圈２．２?（ｄ）所示。代表烷基链的所有峰消失，这是由于剥离后的ＬＤＨｓ??经过过滤和洗涤，大部分■＋＝貌基硫酸钠溶解在无水己醇中被洗掉，一些与层板相连??的十二領基硫酸钠被水解，Ｕｍｃｍ－１的峰代表十二焼棊硫酸钠水解启的Ｓ〇４２－的峰。??从图２．３?（ｃ）和图２．３?（ｄ）可以看出，剥离后的超薄纳米片的横向尺寸约为１．２ｐｍ，??＿时也有少部分大宁２ｐｍ的薄片。虚弱但是均匀的图像表明得到的纳米薄片＿常薄，??而：且厚度均匀。大多数薄片形状为规则的六边形，这表明此方法不会破坏ＬＤＨｓ薄??片的结构。同时，我们将其溶于盛有无水乙醇的烧杯中，发现它可以产生如图２．４所??承的丁达尔现象。图２．５表示的是剥离后的ＬＤＨｓ的原子力显微镜（ＡＦＭ＞下的图??像
第＝章利用超临：界＆醇辦离予鷺換后的ＬＤＨｓ进行剩离??可以看到纳米片的堆叠。??ｔｆＨ??０．０?ｌ：Ｈｅｉｇｈｔ?２０．０＾ｔｍ??Ｊ．ｉ＆ｈ?ｒ＾??－Ｉ?ｌｌｗｗｉ??０?１?２?３?４?５??Ｄｉｓｔａｎｃｅ（＾ｍ）??图２．５剥离后ＬＤＨ的ＡＦＭ图，包括轻敲模式图、三维结构图和高度剖面图。??Ｆｉｇｕｒｅ?２．５?Ｔｈｅ?ＡＦＭ?ｔａｐｐｉｎｇ?ｍｏｄｅ?ｉｍａｇｅ，?３Ｄ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｉｍａｇｅ?ａｎｄ?ｈｅｉｇｈｔ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｏｆ?ｅｘｆｏｌｉａｔｅｄ?ＬＤＨｓ．??根据ＬＤＨｓ剥离过程绘制出的剥离机理图如图２．６所示＊层间离子由碳酸根离予｜??依次被乙酸根离子和十＝１烷棊硫酸根离子交换，十Ｚ：烷棊硫酸根离子进入层间后，层??间距被撑大，有利于超临界状态下的乙醇分子进入，通过乙醇分子在超临界状态和常??规状态下的转换，从而实现了?ＬＤＨｓ的剥离。??Ｅｘｃｈａｎｇｅｄ??Ａｃｅｔｉｃ?ａｃｉｄ?ＳＤＳ??Ｍ—?ＭｇＡｌ－ＡｃＬＤＨ??Ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ??ＭｇＡｌ－ＤＳ?ＬＤＨ?ＭｇＡｌ－ＤＳＬＤＨ??＿?＿?＾?ｉｎ?ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ?ｅｔｈａｎｏｌ??９?＊?Ｎａ??〇＝ｓ＝〇?ｘ??Ｅｔｈａｎｅ，?ｍｏｌｅｃｕｌｅ??Ｓｏｄｉｕｍ?ｄｏｄｅｃｙｌ?ｓｕｌｔａｔｅ??图２．６?ＬＤＨｓ剥离机理图。??Ｆｉｇｕｒｅ２．６?Ｅｘｆｏｌｉａｔｉｎｇ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＬＤＨｓ．??１９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]水热法制备FeNix-LDH催化剂及OER性能[J]. 孙薇,杜磊,杜春雨,尹鸽平. 电池. 2019(05)
[2]钴/铁双金属有机框架材料用于电催化析氧反应（英文）[J]. 谢士礼,李斐,许素显,李佳原,曾伟. 催化学报. 2019(08)
[3]利用咪唑啉两性表面活性剂在水相中剥离类水滑石的研究[J]. 孙慧燕,白雪丽,薛丹丹,黄鑫,张剑,张越. 日用化学工业. 2018(08)
[4]新型二维纳米材料在电化学领域的应用与发展[J]. 高利芳,宋忠乾,孙中辉,李风华,韩冬雪,牛利. 应用化学. 2018(03)
[5]双滴共沉淀法合成MgO-LDH的脱氟性能[J]. 汪爱河,周康根,刘行,陈泉洲,刘芳. 中国有色金属学报. 2017(04)
[6]十二烷基硫酸钠插层水滑石-蒙脱石的制备与表征（英文）[J]. 李佳,王海霞,王向东,郭俊青,蒲敏. 稀有金属材料与工程. 2016(S1)
[7]Mg/Al/Fe型类水滑石焙烧产物吸附去除水中硫酸根离子[J]. 于洋,岳秀萍,刘吉明,曹岳. 环境工程学报. 2013(08)
[8]醇水介质中共沉淀法制备甲氨蝶呤/层状双氢氧化物纳米材料的研究[J]. 王继芹,李鑫,李淑萍,仲慧. 化学学报. 2011(02)
[9]纳米水滑石的制备、特性及应用[J]. 邓欣,方真,张帆,龙运多. 材料导报. 2010(S2)
[10]Zn-Al类水滑石磷吸附剂的制备及其吸附性能[J]. 陈爱燕,程翔,黄新瑞,孙德智. 化工学报. 2008(09)
博士论文
[1]超临界流体制备石墨烯、氧化钛纳米薄层的过程及热性能研究[D]. 刘长青.上海交通大学 2015
[2]LDH纳米粒子水热合成、固液界面自组装及其分散体系的相行为[D]. 栾玲玉.山东大学 2009
硕士论文
[1]三元类水滑石及其复合氧化物的性能与应用研究[D]. 刘德鹤.山东大学 2016
[2]表面活性剂插层水滑石对芳香性化合物的吸附增溶性能研究[D]. 赵培雯.北京化工大学 2015
[3]层状双氢氧化物制备、改性及其CO2吸附性能研究[D]. 吴建方.浙江工业大学 2013
[4]水滑石及其复合物的合成与电容性能研究[D]. 宋延超.哈尔滨工程大学 2012
[5]水滑石结构记忆效应及其结构塌陷动力学行为研究[D]. 刘岩峰.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：3571402
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