無機層狀化合物的剝離及其納米層重組反應研究.pdf

1、功能納米材料和技術是納米科技領域十分活躍和最接近應用的重要研究領域之一。近年來功能性無機層狀材料在制備、性質(zhì)和應用等方面的研究得到了高度重視，原因之一是通過插入反應可以將一些功能離子或基團插入到無機層間，以達到制取無機功能性新材料的目的。同時，這些無機層狀化合物在一定條件下通過剝離反應可以得到組成其基本單元的無機納米層，剝離得到的無機納米層不僅具有單結晶納米級的特異物性，而且由于該單結晶層的厚度為分子級水平(約1nm)，因而作為納米級新

2、物質(zhì)材料組裝的基本基元在功能納米材料研究領域顯示了強大的應用前景。 基于無機層狀化合物特殊的結構特征和應用前景，本論文選擇了不同電性無機層狀化合物作為研究前驅(qū)物，通過插入反應在層狀化合物層間引入不同大小的離子或分子，在一定條件下插層化合物發(fā)生剝離反應制得了不同電性納米層分散液。通過凝聚技術和層組裝技術研究了不同電性金屬硫?qū)倩锛{米層組裝過程的變化規(guī)律和影響因素，在納米級水平上實現(xiàn)了硫?qū)倩锛{米層復合生成功能性層狀納米材料。期待組

3、裝的納米復合材料在離子交換、吸附、分離、貯能和催化等諸多領域得到應用。研究論文主要由兩大部分組成，即文獻綜述和實驗研究結果。綜述部分主要論述了無機層狀化合物的分類、結構特征、合成方法、應用領域以及發(fā)展前景，闡述了不同結構無機層狀化合物可控合成的條件和方法，提出了本研究的主要工作和研究目的。實驗部分介紹了在超聲技術作用下負電性層狀氧化錳和氧化鈦，電中性層狀二硫化鉬的剝離條件和影響因素，同時探討了同電性納米層復合組裝過程及組裝條件對生成產(chǎn)物

4、結構的影響。通過對納米層組裝條件的優(yōu)化，成功組裝合成了同電性無機納米層交互積層復合功能材料。論文主要研究內(nèi)容為： (1)負電性層狀氧化錳剝離行為研究。利用氧化沉淀法在水熱反應條件下合成了負電性層狀氧化錳，對所合成的前驅(qū)體進行了分析表征。借助于超聲化學處理技術，將合成的層狀氧化錳浸入到四甲基銨溶液中，當加入的四甲基銨摩爾量為層狀氧化錳離子交換容量的5倍，常溫下超聲處理20分鐘后，得到了氧化錳剝離的懸浮溶液，實現(xiàn)了層狀氧化錳超聲處理

5、下的完全快速剝離。該剝離技術所需時間短，剝離溶液濃度低且無毒性。 利用固相反應方法合成了負電性層狀氧化鈦，對合成前驅(qū)體進行了表征分析。借助于超聲化學處理技術，合成的層狀氧化鈦浸入到四丁基銨溶液中，當加入的四丁基銨摩爾量為層狀氧化鈦離子交換容量的5倍，常溫下超聲處理20分鐘后，得到了氧化鈦剝離懸浮溶液，實現(xiàn)了層狀氧化鈦超聲處理條件下的完全快速剝離。 (2)中性層狀二硫化鉬的剝離及其帶電機理研究。正丁基鋰在超聲作用下插入到二

6、硫化鉬層間得到LiMoS<,2>。在超聲輔助下，當LiMoS<,2>與pH=4的HNO<,3>混合時，形成單層排列的二硫化鉬，層板帶有負電荷，其負電荷是由部分三價鉬未被氧化及層板吸引的OH<'->所致；當LiMoS<,2>與pH=1的HNO<,3>混合時，形成單層排列的二硫化鉬，層板帶有正電荷，其正電荷是由于三價鉬全部被氧化成四價，表面吸引H<'+>所致。 (3)氧化錳和二硫化鉬交互積層納米復合材料的合成及機理研究。首先，在超聲

7、輔助下，將四甲基銨離子插入到層狀氧化錳中(TMA/MnO<,2>)，形成剝離懸浮液；其次，在超聲作用下，將鋰插入到層狀二硫化鉬中，得到LiMoS<,2>；最后，將LiMoS<,2>與pH=4的硝酸混合后的懸浮液與TMA/MnO<,2>懸浮液按照鉬錳摩爾比為1/1混合，借助于超聲化學處理技術即可得到復合產(chǎn)物MnO<,2>/MoS<,2>。通過改變二硫化鉬剝離懸浮液的pH值，考察了超聲化學條件下產(chǎn)物MnO<,2>/MoS<,2>的復合反應機

8、理。 (4)氧化鈦和二硫化鉬交互積層納米復合材料的合成研究。首先，在超聲作用下，將四丁基銨離子插入的層狀氧化鈦洗滌，得到剝離的層狀氧化鈦(TiO<,2exf>)；其次，超聲作用下將鋰插入到層狀二硫化鉬中，然后與pH=4的硝酸混合，超聲2個小時得到剝離的二硫化鉬(MoS<,2exf>)，洗滌至中性；最后，將剝離的氧化鈦與剝離的二硫化鉬迅速混合，攪拌得到復合產(chǎn)物TiO<,2>/MoS<,2>。通過改變鉬鈦摩爾比及剝離的二硫化鉬的存放