一種片層狀鎳鋁水滑石納米材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種片層狀鎳鋁水滑石納米材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將異丙醇鋁分散在水中，攪拌后，滴加HNO3調(diào)節(jié)溶液pH值為1?8，繼續(xù)攪拌，待水分蒸發(fā)后即可得到AlOOH溶膠；將干燥后的AlOOH溶膠進(jìn)行研磨，加水?dāng)嚢?，得到AlOOH溶膠前驅(qū)體；(2)向AlOOH溶膠前驅(qū)體中滴加Ni(NO3)2溶液，攪拌后，加入尿素，在50?250℃下水熱反應(yīng)1?48h。本發(fā)明制備的鎳鋁水滑石納米材料呈現(xiàn)出納米片狀，該納米片具有四周邊緣部分外翻的特點(diǎn)，整體形狀與人的耳朵相似，使納米片之間有空隙，避免了平整的納米片易團(tuán)聚的問(wèn)題，使材料比表面積大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
【專利說(shuō)明】
一種片層狀鎳鋁水滑石納米材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)納米材料合成領(lǐng)域，涉及一種片層狀鎳鋁水滑石納米材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水滑石(Layered double hydroxide,LDH)又叫做層狀雙輕基復(fù)合金屬氧化物，包括水滑石(Hydrotalcite，簡(jiǎn)稱為HT)和類水滑石(Hydrotalcite-1 ike Compounds，簡(jiǎn)稱為HTLCs)，其典型的分子式為[M2YxM3+x(OH)2]x+[An—x/n.mH20]x—。水滑石類化合物是一類多功能材料，也稱為層狀復(fù)合金屬氫氧化物，其中的M2+、M3+分別表示二價(jià)、三價(jià)金屬陽(yáng)離子，M2+代表二價(jià)金屬陽(yáng)離子，可以是錳、鋅、鈷、鎳、鐵、鈣、銅、鎂等金屬元素的二價(jià)離子;M3+代表三價(jià)金屬陽(yáng)離子，可以是鋁、鐵、絡(luò)、鎵、鎳、猛、鈷等金屬元素的三價(jià)離子;An—代表層間陰離子，可以是碳酸根離子、硝酸根離子、硫酸根離子等。X為M3+/(M2++M3+)的摩爾比值;η為層間水分子的數(shù)目。
[0003]在水滑石內(nèi)部存在多種相互作用，其中在層板內(nèi)部是共價(jià)鍵，而層板與層間客體之間主要是靜電相互作用和氫鍵。由于水滑石層板帶有正電荷，因而進(jìn)入層間的客體都是帶有負(fù)電荷的陰離子。因此，無(wú)論這些進(jìn)入層間的是無(wú)機(jī)陰離子、有機(jī)陰離子還是其它類型的陰離子，都能夠通過(guò)靜電力與帶有正電荷的層板相互作用使整個(gè)水滑石呈現(xiàn)電中性。位于層間的水分子和陰離子可以任意地?cái)嚅_舊鍵，形成新鍵，這種性質(zhì)使得層板間可以選擇性的插入不同種類和數(shù)量的陰離子，使水滑石具有結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性。
[0004]目前水滑石材料的制備方法主要有水熱法，共沉淀法，微波輔助法，高溫?zé)Y(jié)法、原位生長(zhǎng)法等。共沉淀法制備的材料尺寸不易控制，易團(tuán)聚不均勻，比表面積小，活性較差。微波輔助法與高溫?zé)Y(jié)法可以制備尺寸均勻的材料，然而較高的反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間將消耗大量的能量。原位生長(zhǎng)法利用導(dǎo)電基底作為材料的生長(zhǎng)基底可以原位生長(zhǎng)制備納米尺寸的材料，該方法制備的材料尺寸小，導(dǎo)電性良好，具有良好的電化學(xué)性質(zhì)，然而受到制備方法的制約，該方法得到的材料產(chǎn)量低，限制了材料的商業(yè)化生產(chǎn)。液相法作為一種簡(jiǎn)單易操作的材料合成方法受到青睞，利用液相反應(yīng)物在反應(yīng)釜中的高溫高壓環(huán)境進(jìn)行晶粒成核及生長(zhǎng)可實(shí)現(xiàn)材料大小、形態(tài)、結(jié)構(gòu)的可控生長(zhǎng)，制備具有特定結(jié)構(gòu)的材料。
[0005]例如在李秋榮等人的發(fā)明專利中(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?201310084193.9)合成了一種分層花型貝殼粉基鎳鋁水滑石三維結(jié)構(gòu)微球，合成的水滑石結(jié)晶度高。然而，由于材料在催化、電化學(xué)領(lǐng)域方面應(yīng)用時(shí)，反應(yīng)主要在材料表面發(fā)生，針對(duì)該發(fā)明中的三維球形結(jié)構(gòu)，反應(yīng)在三維結(jié)構(gòu)微球表面發(fā)生，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)部分不能被充分利用，最終導(dǎo)致材料的效率與利用率偏低。因此，設(shè)計(jì)并制備納米結(jié)構(gòu)材料，充分發(fā)揮材料各部分性能在提高材料利用率，獲得高效率材料方面具有巨大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種片層狀鎳鋁水滑石納米材料的制備方法，制備的鎳鋁水滑石納米材料呈現(xiàn)出納米片狀，并且納米片之間有空隙，避免平整的納米片易團(tuán)聚的問(wèn)題，使材料比表面積大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0008]一種片層狀鎳鋁水滑石納米材料的制備方法，包括以下步驟:
[0009](I)將異丙醇鋁分散在水中，攪拌后，滴加HNO3調(diào)節(jié)溶液pH值為1-8，繼續(xù)攪拌，待水分蒸發(fā)后即可得到A100H溶膠;將干燥后的A100H溶膠進(jìn)行研磨，加水?dāng)嚢瑁玫紸100H溶膠前驅(qū)體；
[0010](2)向步驟(I)得到的A100H溶膠前驅(qū)體中滴加Ni (NO3 )2溶液，攪拌后，加入尿素，在50-250 0C下水熱反應(yīng)l_48h，待反應(yīng)完成后將產(chǎn)物離心或者過(guò)濾，洗滌，干燥，得到片層狀鎳鋁水滑石納米材料。
[0011]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟(I)中，將異丙醇鋁分散在水中，在50-100°C下攪拌后，滴加濃度為l-5mol/L的HNO3調(diào)節(jié)溶液pH值為3-6，繼續(xù)攪拌，將溶液體系冷卻至室溫，待水分蒸發(fā)后即可得到A100H溶膠。
[0012]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟(2)中，A100H溶膠前驅(qū)體的濃度為10-50g/L，Ni(則)2溶液的濃度為1-511101/1^100田容膠前驅(qū)體與祖(脳)2溶液的體積比為10:1。
[0013]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟(2)中，在100-200°C下水熱反應(yīng)18-24h。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:
[0015]本發(fā)明利用A100H溶膠前驅(qū)體與硝酸鎳溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)鎳鋁水滑石納米材料的制備，該鎳鋁水滑石呈現(xiàn)出納米片狀，該納米片具有四周邊緣部分外翻的特點(diǎn)，整體形狀與人的耳朵相似，該結(jié)構(gòu)使納米片之間有空隙，該特點(diǎn)避免了平整的納米片易團(tuán)聚的問(wèn)題，使材料比表面積大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可用在催化、環(huán)保、超級(jí)電容器、金屬腐蝕防腐等領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為實(shí)施例1所制備的鎳鋁水滑石納米材料的X射線衍射圖譜；
[0017]圖2為實(shí)施例1所制備的鎳鋁水滑石納米材料的掃描電子顯微鏡照片；
[0018]圖3為實(shí)施例2所制備的鎳鋁水滑石納米材料的掃描電子顯微鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0020]實(shí)施例1
[0021](I)將250g異丙醇鋁分散在5L水中，在70°C下攪拌12h后，滴加濃度為3mol/L的HNO3調(diào)節(jié)溶液pH值為3，繼續(xù)攪拌，將溶液體系冷卻至室溫，待水分蒸發(fā)后即可得到A100H溶膠；將干燥后的A100H溶膠250g進(jìn)行研磨，加5L水?dāng)嚢?2h后回流12h，得到A100H溶膠前驅(qū)體；
[0022](2)取步驟(I)得到的A100H溶膠前驅(qū)體5L，向其中滴加濃度為3mol/L的Ni (NO3)2溶液0.5L，攪拌后，加入尿素50g，在100°C下水熱反應(yīng)24h，待反應(yīng)完成后將產(chǎn)物過(guò)濾，用水和乙醇交替洗滌產(chǎn)物，所得產(chǎn)物80°C條件下干燥12h，得到片層狀鎳鋁水滑石納米材料。
[0023]圖1為實(shí)施例1所制備的鎳鋁水滑石納米材料的X射線衍射圖譜，圖2為實(shí)施例1所制備的鎳鋁水滑石納米材料的掃描電子顯微鏡照片，從圖中可觀察到制備的鎳鋁水滑石尺寸均勻，分散性良好，鎳鋁水滑石呈現(xiàn)出納米片狀，該納米片具有四周邊緣部分外翻的特點(diǎn)，整體形狀與人的耳朵相似，該結(jié)構(gòu)使納米片之間有空隙，該特點(diǎn)避免了平整的納米片易團(tuán)聚的問(wèn)題，使材料比表面積大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
[0024]實(shí)施例2
[0025](I)將250g異丙醇鋁分散在5L水中，在50°C下攪拌24h后，滴加濃度為lmol/L的HNO3調(diào)節(jié)溶液pH值為6，繼續(xù)攪拌，將溶液體系冷卻至室溫，待水分蒸發(fā)后即可得到A100H溶膠;將干燥后的AlOOH溶膠250g進(jìn)行研磨，加1L水?dāng)嚢?2h后回流12h，得到A100H溶膠前驅(qū)體；
[0026](2)取步驟(I)得到的A100H溶膠前驅(qū)體10L，向其中滴加濃度為2mol/L的Ni(NO3)2溶液IL，攪拌后，加入尿素70g，在200 0C下水熱反應(yīng)18h，待反應(yīng)完成后將產(chǎn)物過(guò)濾，用水和乙醇交替洗滌產(chǎn)物，所得產(chǎn)物80°C條件下干燥12h，得到片層狀鎳鋁水滑石納米材料。
[0027]圖3為實(shí)施例2所制備的鎳鋁水滑石納米材料的掃描電子顯微鏡照片。
[0028]實(shí)施例3
[0029](I)將250g異丙醇鋁分散在5L水中，在90°C下攪拌5h后，滴加濃度為5mol/L的HNO3調(diào)節(jié)溶液PH值為4，繼續(xù)攪拌，將溶液體系冷卻至室溫，待水分蒸發(fā)后即可得到A100H溶膠；將干燥后的A100H溶膠250g進(jìn)行研磨，加25L水?dāng)嚢?2h后回流12h，得到A100H溶膠前驅(qū)體；
[0030](2)取步驟(I)得到的A100H溶膠前驅(qū)體25L，向其中滴加濃度為5mol/L的Ni(NO3)2溶液2.5L，攪拌后，加入尿素10g，在150°C下水熱反應(yīng)22h，待反應(yīng)完成后將產(chǎn)物過(guò)濾，用水和乙醇交替洗滌產(chǎn)物，所得產(chǎn)物100°C條件下干燥8h，得到片層狀鎳鋁水滑石納米材料。
[0031]最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種片層狀鎳鋁水滑石納米材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將異丙醇鋁分散在水中，攪拌后，滴加HNO3調(diào)節(jié)溶液pH值為1-8，繼續(xù)攪拌，待水分蒸發(fā)后即可得到A100H溶膠;將干燥后的A100H溶膠進(jìn)行研磨，加水?dāng)嚢?，得到A100H溶膠前驅(qū)體； (2)向步驟(I)得到的A100H溶膠前驅(qū)體中滴加Ni(NO3)2溶液，攪拌后，加入尿素，在50-250°C下水熱反應(yīng)l_48h，待反應(yīng)完成后將產(chǎn)物離心或者過(guò)濾，洗滌，干燥，得到片層狀鎳鋁水滑石納米材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片層狀鎳鋁水滑石納米材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中，將異丙醇鋁分散在水中，在50-100°C下攪拌后，滴加濃度為l-5mol/L的HNO3調(diào)節(jié)溶液PH值為3-6，繼續(xù)攪拌，將溶液體系冷卻至室溫，待水分蒸發(fā)后即可得到A100H溶膠。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片層狀鎳鋁水滑石納米材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中，A100H溶膠前驅(qū)體的濃度為10-50g/L，Ni(N03)2溶液的濃度為l-5mol/L，A100H溶膠前驅(qū)體與Ni(NO3)2溶液的體積比為10:1。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片層狀鎳鋁水滑石納米材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中，在100-200°C下水熱反應(yīng)18-24h。
【文檔編號(hào)】B82Y40/00GK106044870SQ201610703210
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年8月22日
【發(fā)明人】陳澤祥, 李海, 王艷, 張繼君, 閆欣雨
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)