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水滑石 cas 1097-59-9;12304-65-3;98036-77-2;12363-58-5

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水滑石 cas 1097-59-9;12304-65-3;98036-77-2;12363-58-5

日期：2024/5/20 20:26:35 發布人：水滑石

層狀雙金屬氫氧化物（Layered Double Hydroxide,LDH）是水滑石（Hydrotalcite,HT）和類水滑石化合物（Hydrotalcite-Like Compounds,HTLCs）的統稱，由這些化合物插層組裝的一系列超分子材料稱為水滑石類插層材料（LDHs）。1842年Hochstetter首先從瑞典的片巖礦層中發現了天然水滑石礦；二十世紀初人們由于發現了LDH對氫加成反應具有催化作用而開始對其結構進行研究；1969年Allmann等人通過測定LDH單晶結構，首次確認了LDH的層狀結構；二十世紀九十年代以后，隨著現代分析技術和測試手段的廣泛應用，人們對LDHs結構和性能的研究不斷深化。

中文名:水滑石

外文名:Layered Double Hydroxide,LDH

水滑石基本信息

水滑石材料屬于陰離子型層狀化合物。層狀化合物是指具有層狀結構、層間離子，具有可交換性的一類化合物，利用層狀化合物主體在強極性分子作用下所具有的可插層性和層間離子的可交換性，將一些功能性客體物質引入層間空隙并將層板距離撐開從而形成層柱化合物。水滑石類化合物(LDHs) 是一類具有層狀結構的新型無機功能材料, LDHs的主體層板化學組成與其層板陽離子特性、層板電荷密度或者陰離子交換量、超分子插層結構等因素密切相關。一般來講，只要金屬陽離子具有適宜的離子半徑（與Mg2 +的離子半徑0.072 nm相差不大）和電荷數，均可形成LDHs層板[1]。其化學組成可以表示為

,其中

為Mg2 + , Ni2 + , Co2 + , Zn2 + ,Cu2 + 等二價金屬陽離子;

為Al3 + , Cr3 + , Fe3 + , Sc3 + 等三價金屬陽離子;

為陰離子,如CO32- , NO3-, Cl - , OH- ,SO42-, PO43- , C6H4 (COO)2 2 -等無機和有機離子以及絡合離子,則層間無機陰離子不同， LDHs的層間距不同[2]。當x 值在0.17-0.33 之間,即

摩爾比介于0.17～0.33之間時能得到結構完整的LDHs。在LDHs晶體結構中,由于受晶格能最低效應及其晶格定位效應的影響,使得金屬離子在層板上以一定方式均勻分布,即在層板上每一個微小的結構單元中,其化學組成不變。

水滑石結構特征
LDHs是由帶正電荷的主體層板和層間陰離子通過非共價鍵的相互作用組裝而成化合物，它的結構類似于水鎂石Mg(OH)2，由MgO6八面體共用棱形成單元層。有以下幾個很突出的特點：（1）主體層板的化學組成可調變；（2）層間客體陰離子的種類和數量可調變；（3）插層組裝體的粒徑尺寸和分布可調控
典型的LDHs化合物是鎂鋁碳酸根型水滑石：Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O[4]。LDHs的結構非常類似于水鎂石[Mg(OH)2]，由MgO6八面體共用棱形成單元層，位于層上的Mg2+可在一定的范圍內被Al3+同晶取代，使得層板帶正電荷，層間有可交換的CO32-與層板上的正電荷平衡，使得LDHs的整體結構呈電中性。由于層板和層間陰離子通過氫鍵連接，使得LDHs層間陰離子具有可交換性。此外，在LDHs中存在層間水這些水分子可以在不破壞層狀結構條件下除去。

水滑石性質
堿性
LDHs的層板由鎂八面體和鋁氧八面體組成。所以，具有較強的堿性[5]。不同的LDHs的堿性強弱與組成中二價金屬氫氧化物的堿性強弱基本一致，但由于它一般具有很小的比表面積(約5—20m2/g)，表觀堿性較小，其較強的堿性往往在其煅燒產物LDO中表現出來。LDO一般具有較高的比表面積(約200—300m2/g)、三種強度不同的堿中心和不同的酸中心，其結構中間中心充分暴露，使其具有比LDH更強的堿性。
層間陰離子的可交換性
LDHs的結構特點使其層間陰離子可與各種陰離子，包括無機離子、有機離子、同種離子、雜多酸離子以及配位化合物的陰離子進行交換[6]。利用LDHs的這種性質可以調變層間陰離子的種類合成不同類型的LDHs，并賦予其不同的性質，從而得到一類具有不同功能的新材料。
熱穩定性能
LDHs加熱到一定溫度發生分解，熱分解過程包括脫層間水，脫碳酸根離子，層板羥基脫水等步驟。在空氣中低于200℃時，僅失去層間水分，對其結構無影響，當加熱到250~450℃時，失去更多的水分，同時有CO2生成，加熱到450~500℃時，CO32-消失，完全轉變為CO2，生成雙金屬復合氧化物（LDO）[7]。在加熱過程中，LDHs的有序層狀結構被破壞，表面積增加，孔容增加。當加熱溫度超過600℃時，則分解后形成的金屬氧化物開始燒結，致使表面積降低，孔體積減小，通常形成尖晶石MgAl2O4和MgO。
記憶效應
在一定溫度下將LDHs焙燒一定時間的樣品（此時樣品的狀態通常是LDH中金屬離子的復合氧化物）加入到含有某種陰離子的溶液介質中，其結構可以部分恢復到具有有序層狀結構的LDHs。一般而言，焙燒溫度在500℃以內，結構的恢復是可能的，以MgAl-LDHs為例，溫度在500℃內的焙燒產物接觸到水以后其結構可以部分恢復到具有有序層狀結構的LDH；當焙燒溫度在600℃以上時生成具有尖晶石結構的焙燒產物，則導致結構無法恢復。
組成和結構的可調控性
由于LDHs沒有固定的化學組成，其主體層板的元素種類及組成比例、層間陰離子的種類及數量、二維孔道結構可以根據需要在寬范圍調變，從而獲得具有特殊結構和性能的材料。LDHs組成和結構的可調變性以及由此所導致的多功能性，使LDHs成為一類極具研究潛力和應用前景的新型材料。
阻燃性能
LDHs在受熱時，其結構水合層板羥基及層間離子以水和CO2的形式脫出，起到降低燃燒氣體濃度，阻隔O2的阻燃作用；LDHs的結構水，層板羥基以及層間離子在不同的溫度內脫離層板，從而可在較低的范圍內（200~800℃）釋放阻燃物質。在阻燃過程中，吸熱量大，有利于降低燃燒時產生的高溫 [8-9]，可以作為無鹵高抑煙阻燃劑，廣泛應用于塑料、橡膠、涂料等領域。
紅外吸收性能
LDHs在1370cm-1附近出現層間CO32-的強特征吸收峰，在1000~400cm-1范圍有層板上M-O鍵及層間陰離子的特征吸收峰，并且其紅外吸收范圍可以通過調變組成加以改變[10-11] 。、
催化性
將催化活性物種插入水滑石層間，以水滑石為前體，通過焙燒可制備高分散復合金屬氧化物型催化劑，一般具有過渡金屬含量高活性位分布均勻晶粒小比表面積大可以抑制燒結良好的穩定性等特點，從而表現出優異的催化性能，在催化劑或催化劑載體等領域得到了廣泛應用