Mg-Al-CO3水分散液的稳定性及流变性

以n(Mg):n(AI)=3的层状双金属氢氧化物（LDH）作为研究对象,考察了其水分散液的稳定性及流变性。发现其水分散液的稳定性依赖于含固量及LDH的结构完整性。LDH水分散液的流变性与其特殊的层状结构密切相关,LDH水分散液具有剪切变稀作用且是可逆的,同时还具有触变性能。利用XRD表征LDH晶体结构,SEM及TEM考察了水分散液中LDH的晶粒形态。     

层状双金属氢氧化物的控制合成及其在水处理中的应用

层状双金属氢氧化物(LDH)作为无机层状粒子的典型代表,已在众多应用领域展现出巨大潜力。然而,目前的研究大多从LDH的层板组成、层间阴离子种类以及粒子尺寸的角度入手对其进行功能优化,较少关注形貌结构对LDH性能的影响。本文从简要介绍LDH的基本结构和性质出发,详细总结了常规六方片状以及特殊形貌(球状、多面体状、纳米线状、环状等)LDH的制备方法。结合LDH与其他功能粒子复合以提升其综合性能的需求,深入分析了反应配方、合成条件以及基体表面性质对LDH复合材料形貌的调控规律,并综述LDH及其复合物分别作为吸附、催化和分离材料在水处理中的应用。最后,对当前控制合成LDH所存在的难点及其未来研究方向进行了展望。     

层状双金属氢氧化物/石墨烯复合材料及其在电化学能量存储与转换中的应用

高效的电化学能量存储与转换功能材料及其器件近年来受到了人们的广泛关注。层状双金属氢氧化物/石墨烯（LDH/G）复合物就是一类重要的能源材料。它们兼具LDH和石墨烯的优异的物理、化学性能,同时克服了LDH导电性差和石墨烯片易于团聚的问题;在超级电容器和电化学催化分解水等方面具有广泛应用。本文综述了LDH与化学修饰石墨烯（氧化石墨烯,还原氧化石墨烯及其衍生物）的有效复合的方法及其在电化学能量存储与转换领域中的应用,特别是关于基于该类材料的超级电容器及电化学析氧反应催化的研究;对LDH/G复合材料研究领域中的挑战和未来发展方向做了展望。     

甲氨蝶呤/层状双金属氢氧化物的性能调控及细胞生物实验研究

在乙醇-水混合体系中,以氨水为沉淀剂共沉淀合成了甲氨蝶呤/层状双金属氢氧化物(MTX/LDH)纳米复合物,采用控制水热处理时间的方式来调控其性能。利用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和红外光谱(FT-IR)等表征手段,对其结构及形貌进行了表征。研究表明:MTX分子以单层倾斜或垂直方式插入LDH层间,随着水热处理时间的不同,MTX在层间的倾斜角度发生了变化;水热处理时间对产物的结晶度、粒径和层间排列方式都有影响,当水热处理时间为12h时,得到的MTX/LDH纳米复合物的结晶度最高,单分散性最好。在磷酸缓冲液中考察了MTX/LDH纳米复合物的缓释性能,结果表明样品均呈现出良好的缓释性能,释放速率先快后慢。重点考察了这几种MTX/LDH纳米复合物作用于肺癌细胞A549的细胞生物实验,研究表明这几种复合物对肺癌细胞A549都具有良好的抑制作用,其效果与纳米复合物的单分散性和粒径有密切的关系,单分散性越好,粒径分布越均匀,对A549癌细胞的抑制效果越好。     

层状双金属氢氧化物及其复合材料加速电解水制氢的研究进展

随着经济社会的不断发展和能源的不断消耗,开发清洁能源已引起研究者们的广泛关注。层状双金属氢氧化物(LDH)具有典型的层状结构、制备难度低、组成易调节等优点,在电催化分解水方面表现出可与贵金属催化剂相媲美的性能。目前LDH催化剂仍然存在稳定性不足、活性位点辨别不明、电催化反应机理模糊不清等科学问题亟待解决。本文首先介绍了LDH材料的性质和制备方法,重点从元素和化合物对LDH材料结构和性能的调控、取代阳极OER以及海水氧化三个方面综述了LDH材料在电催化制氢方面的研究进展,阐述了LDH复合材料的形貌、界面作用及化合物之间的协同作用。最后对LDH材料更深层次的研究方向作出展望。     

甲氨蝶呤/层状双金属氢氧化物的性能调控及细胞生物实验研究

在乙醇-水混合体系中,以氨水为沉淀剂共沉淀合成了甲氨蝶呤/层状双金属氢氧化物（MTX/LDH）纳米复合物,采用控制水热处理时间的方式来调控其性能。利用X-射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和红外光谱（FT-IR）等表征手段,对其结构及形貌进行了表征。研究表明：MTX分子以单层倾斜或垂直方式插入LDH层间,随着水热处理时间的不同,MTX在层间的倾斜角度发生了变化;水热处理时间对产物的结晶度、粒径和层间排列方式都有影响,当水热处理时间为12h时,得到的MTX/LDH纳米复合物的结晶度最高,单分散性最好。在磷酸缓冲液中考察了MTX/LDH纳米复合物的缓释性能,结果表明样品均呈现出良好的缓释性能,释放速率先快后慢。重点考察了这几种MTX/LDH纳米复合物作用于肺癌细胞A549的细胞生物实验,研究表明这几种复合物对肺癌细胞A549都具有良好的抑制作用,其效果与纳米复合物的单分散性和粒径有密切的关系,单分散性越好,粒径分布越均匀,对A₅₄₉癌细胞的抑制效果越好。     

层状双金属氢氧化物(LDH)基光催化剂在太阳能燃料生产领域的研究进展

半导体光催化剂吸收太阳光分解水制氢或还原CO2,实现了太阳能燃料生产,不仅可获取清洁、可再生、高热值的太阳能燃料,还能有效减少CO2的排放.层状双金属氢氧化物(LDHs)是一类基于水镁石结构的二维阴离子黏土矿物材料,具有独特的层状结构、主体层金属阳离子可调性、客体阴离子可交换、多维结构和可分层等优势,在CO2还原、光电催化水产氧及光解水制氢等领域研究广泛,有望成为新型半导体光催化材料.但单纯LDHs载流子迁移率低和电子空穴复合率高,在太阳辐射下的量子效率非常低.因此,研究人员采用缺陷控制、设计多维结构或偶联不同类型半导体构建异质结等方法,获得高能量转换效率的LDH基光催化剂.本文首先总结了传统光催化剂的优缺点及其能带分布,阐述了LDHs的六个主要方面特性,包括主体层板金属阳离子可调性、客体阴离子插层、热分解、记忆效应、多维结构特征及分层,进而提出LDH基光催化材料在增强反应物吸附活化、扩宽吸光范围、抑制光生载流子与空穴复合三个方面的改性策略.然后,分析了LDH光催化剂的光催化水解产氢反应机理,并从材料结构与性能的关联,概述LDH基复合光催化剂(金属硫化物LDH复合材料、金属氧化物LDH复合材料、石墨相氮化碳LDH复合材料)、三元LDH基光催化剂及混合金属氧化物光催化剂在水分解制氢领域的研究进展.最后,分析了LDH光催化还原CO2反应机理,归纳石墨相氮化碳复合LDH材料、MgAl-LDH基复合光催化剂、CuZn-LDH光催化剂及其它半导体系列LDH的结构特点和在还原CO2领域的研究进展.尽管LDH基光催化剂研究取得了一定的进展,但是对LDH的结构调控及其光催化机理仍需进一步探索,光催化活性位点、不同组分之间的协同作用和界面反应机理还有待进一步研究.未来LDH在光催化领域的应用可以微观尺度调控和宏观性能为导向设计,进一步研究不同组分的协同效应、界面反应及材料组成对物理化学性质的影响,不断完善LDH基光催化剂的理论系统和开发其应用潜能.     

水滑石晶体长厚比及晶粒尺寸控制方法研究

层状双金属氢氧化物（LayeredDoubleHydrox－ides，简称LDH）是一类重要的无机晶体材料，因其具有层状结构以及层板元素的可调控性和层间阴离子的可交换性，在催化、离子交换、吸附、医药犤１～８犦等方面具有广泛的用途，已受到人们越来越广泛的关注。近年来，随该类材料应用领域的不断拓展，在许多情况下要求LDH晶体具有小的粒径尺寸，以便最大限度地发挥其功能性。例如将LDH作为阻燃剂犤９犦使用，小粒径粉体可增强与聚合物基材的相容性，提高材料的阻燃、抑烟和力学性能。另一方面，因LDH具有层状结构，在复合材料中其层板能有效…     

FeNi层状双氢氧化物/TiO2复合光催化剂的制备及其制氢性能

层状双氢氧化物(LDH)的光生电子-空穴对易复合,虽然纳米薄片的结构促进了载流子分离,但其光催化效率仍然较低。我们利用LDH薄片结构的优势,将FeNi LDH和TiO₂通过静电自组装复合,设计制备出新型高效的FeNi LDH/TiO₂复合光催化材料,评价了其光催化分解水产氢性能。对其结构、光催化性能和光电化学等进行了详细表征。结果表明,FeNi LDH的高比表面积、复合物的异质结结构都有利于光生电荷的转移。光催化产氢结果表明,FeNi LDH/TiO₂复合材料的产氢速率(22.6mmol·g^-1·h^-1)分别比纯TiO₂(0.1 mmol·g^-1·h^-1)和FeNi LDH(0.05 mmol·g^-1·h^-1)提高了226和452倍,表明了异质结在提高LDH光催化效率方面的重要作用。     

钨掺杂的铁镍基层状氢氧化物用于电催化析氧和析氢反应

采用简便的一步水热合成法,在泡沫镍上原位生长微量W~(6+)掺入的Fe_(0.2)Ni(OH)_2双金属层状氢氧化物(LDH),以此来降低铁镍材料的过电势。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)等分析方法对材料形貌、组成、结构等进行表征,发现钨掺杂使催化剂材料的晶体结构和电子结构发生变化,W_(0.03)Fe_(0.2)Ni(OH)_2LDH表现出优异的电化学析氧(OER)和析氢(HER)性能。电化学测试表明该催化剂在25 mA·cm~(-2)电流密度下OER和HER过电势分别仅有271和208 mV,塔菲尔斜率分别为61和181 mV·dec~(-1)。此外,经过长达20 h计时电位稳定性测试后,材料的催化性能未见明显下降。     

12-磷钨酸插层MgAl水滑石的合成、表征及催化酯化原油脱酸性能

采用离子交换法合成了不同Mg/Al物质的量比的12-磷钨酸(H_3PW_(12)O_(40),HPW)插层水滑石(LDHs),采用XRD、FT-IR、Raman、ICP-AES、TG-DSC等分析手段表征其物化性质,Hammett指示剂-正丁胺滴定法测定其酸强度和酸量分布。进一步将其用于原油催化酯化脱酸反应,并与NO_3型LDHs对比,探讨酯化活性与催化剂性质之间的关系。结果表明,催化剂的活性主要受酸性和比表面积的影响。HPW插层LDHs的酯化活性明显优于NO3型LDHs,归因于增强的酸性和增大的比表面积。对于弱酸性的NO_3型LDHs,酯化活性与比表面积呈正向关系,Mg/Al物质的量比为4时,具有最大的比表面积和脱酸活性。而对于较强酸性的HPW插层LDHs,酯化活性主要受到酸量的影响,Mg/Al物质的量比为2的催化剂具有最高的酸量和脱酸活性。     

Engineering Lithium Ions Embedded in NiFe Layered Double Hydroxide Lattices To Activate Laminated Ni2+ Sites as High-Efficiency Oxygen Evolution Reaction Catalysts

NiFe layered double hydroxides (LDHs) have been denoted as benchmark non-noble-metal electrocatalysts for the oxygen evolution reaction (OER). However, for laminates of NiFe LDHs, the edge sites are active, but the basal plane is inert, leading to underutilization as catalysts for the OER. Herein, for the first time, light and electron-deficient Li ions are intercalated into the basal plane of NiFe LDHs. The results of theoretical calculations and experiments both showed that electrons would be transferred from near Ni²⁺ to the surroundings of Li⁺, resulting in electron-deficient properties of the Ni sites, which would function as “electron-hungry” sites, to enhance surface adsorption of electron-rich oxygen-containing groups, which would enhance the effective activity for the OER. As demonstrated by the catalytic performance, the Li−NiFe LDH electrodes showed an ultralow overpotential of only 298 mV at 50 mA cm⁻², which was lower than that of 347 mV for initial NiFe LDHs and lower than that of 373 mV for RuO₂. Reasonable intercalation adjustment effectively activates laminated Ni²⁺ sites and constructs the electron-deficient structure to enhance its electrocatalytic activity, which sheds light on the functional treatment of catalytic materials.     

二氟尼柳/水滑石插层组装结构、氢键及水合特性的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟二氟尼柳插层水滑石(DIF/LDHs)的超分子结构, 研究复合材料主客体间形成的氢键以及水合膨胀特性.结果表明, 当水分子总数与DIF分子总数之比Nw≤3时, 层间距dc保持基本恒定, 约1.80 nm; 当Nw≥4时, 层间距逐渐增大, 且符合dc=1.2611Nw+13.63线性方程. 随着水分子个数增加, 水合能驻UH逐渐增大. 当Nw≤16时, 由于⊿UH<-41.84 kJ·mol-1, LDHs-DIF可以持续吸收水, 从而使材料层间距不断膨胀. 但当Nw≥24时, ⊿UH>-41.84 kJ·mol-1, 此时LDHs-DIF层间不能再进一步水合, 因此LDHs-DIF在水环境中膨胀具有一定的限度. 水滑石层间存在复杂的氢键网络. DIF/LDHs水合过程中, 水分子首先同步与层板和阴离子构成氢键; 当阴离子趋于饱和后, 水分子继续与层板形成氢键, 并逐步发生L-W型氢键取代L-A型氢键, 驱使阴离子向层间中央移动, 与层板发生隔离; 最后水分子在水滑石羟基表面形成有序结构化水层.     

层板金属离子不同的钴基双氢氧化物制备及其电化学性能

通过调变层板中的三价金属离子制备了层板金属离子不同的钴基双氢氧化物(LDHs),X-射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外(FTIR)测试表明,层板中金属离子的变化对LDHs的物理结构有较大影响。电化学性能比较表明,三价金属离子的改变对材料的有效工作电位窗口和大电流稳定性及循环容量保持率均有很大影响。由于二价与三价金属离子在电化学过程中的作用不同,Co-AlLDHs在1A·g-1的电流密度下比容量达到447F·g-1;Co-InLDHs与Co-CrLDHs则具有很好的循环稳定性和电容性质。     

水滑石类催化剂催化制氢及生物炼制(英文)

近年来,水滑石由于其独特的性质受到越来越多的关注.作为非均相固体催化剂,水滑石及其衍生物具有优良的催化性能,因此得到了广泛研究和应用.本文简述了水滑石的几种合成方法,重点介绍了水滑石类催化剂在催化制氢和生物炼制方面的应用,并预测了水滑石类材料在新材料合成及环境友好催化体系中的应用前景.     

新方法合成规则六角片状层状双金属氢氧化物

探索了一种合成规则的层状双金属氢氧化物(简称LDHs)六角纳米片的新方法,该方法基于传统的共沉淀法,并借鉴了尿素法的优点。 系统研究了沉淀剂、反应溶剂、反应时间和沉淀剂滴加速率对最终得到的粒子结晶度和形貌的影响。 研究结果表明,采用NH4OH为沉淀剂,以乙醇/水混合溶液为溶剂得到的LDHs纳米粒子结晶度高,晶型发育完美,呈现规则的六角片状,单分散性良好,粒径介于100~250 nm之间。 乙醇的加入一方面减慢了NH4OH电离出OH-的速率,降低了溶液过饱和度;另一方面,乙醇分子包裹在LDHs粒子周围,其表面的羟基起到了空间位阻作用,阻止粒子之间的团聚。 最佳反应时间既要保证LDHs晶粒的充分发育和成长,又要防止粒子之间的团聚。反应时间较短(1 h)时,晶粒发育不完全,粒子呈现不规则的六角片形;反应时间较长(4 h)时,LDHs粒子出现了六角片状重叠现象;只有当反应时间适中(3 h),LDHs粒子因晶胞生长充分而粒径分布均匀,并呈现规则六角片状。 沉淀剂滴加速率的不同会改变体系的过饱和度,从而影响LDHs粒子的形貌,滴加速率较低(0.025 mL/s)时,得到的粒子形貌规则、单分散性良好,且随着滴加速率的降低,粒子粒径逐渐增大。     

Recent advances in layered double hydroxides-based electrochemical sensors: Insight in transition metal contribution

Among the nanomaterials reported in the literature, layered double hydroxides (LDHs) are considered promising for the electrochemical sensor technology. Transition metal-based layered double hydroxides (TM-LDHs) show excellent electrocatalytic properties that facilitate redox reactions with analytes, e. g. H₂O₂, glucose or glyphosate. Elaboration of porous nano-structures with TM-LDHs nanosheets on the electrode surface allows a rapid diffusion of the analytes and a good accessibility of the TM active sites. An association of TM-LDHs with conductive materials, e. g. graphene or metal nanoparticles (M-NPs), improves the electronic conductivity in the LDH-based composites and also the electrocatalytic activity. With a selection of recent publications, the present mini-review aims to discuss about the specific electrocatalytic role played by TMs (Ni, Co, Cu, Mn and Fe) present in the LDH layers on the performance (sensitivity and detection limit) of these TM-LDHs-based sensors.     

乙二胺四乙酸柱撑镁锌铝三元水滑石的制备与表征

采用共沉淀法合成了Mg2ZnAl-CO3水滑石;以其为前驱体,利用离子交换法进行插层组装得到Mg2ZnAl-EDTA三元柱撑水滑石;采用X射线衍射仪和傅立叶变换红外光谱仪对产物进行了表征.结果表明,合成的Mg2ZnAl-CO3水滑石纯度高、晶型良好,其层间CO32-可被乙二胺四乙酸(EDTA)阴离子取代形成Mg2ZnAl-EDTA三元柱撑水滑石;柱撑水滑石的层间距离明显增加,EDTA阴离子在层间倾斜排列.     

Single-atom Catalysts Based on Layered Double Hydroxides

Single-atom catalysts(SACs) have attracted much attention for their superior catalytic performance in various fields. It has been widely accepted that the selection of appropriate substrates is crucial to the fabrication and application of SACs. Layered double hydroxides(LDHs) have been developed as one of the promising substrates for single-atoms due to their unique adjustable supramolecular structures. In this review, we comprehensively sort out the research of SACs based on LDHs. By analyzing the characteristics of LDHs and the single-atoms, respectively, the preparation strategies of SACs by using LDHs are summarized. Their applications as efficient catalysts in electrocatalysis, photocatalysis and thermal catalysis are then discussed. Finally, we summarize the opportunities and challenges for the rational design and application expansion of SACs based on LDHs in the future.     

水滑石衍生的复合氧化物催化氧化挥发性有机气体的研究进展（英文）

挥发性有机化合物(VOCs)是大气颗粒污染物(PM2.5)和臭氧污染的主要前体物,来源于工业活动(如溶剂使用过程)、汽车尾气以及植物排放等,具有毒性,对人类和自然生命产生危害.催化氧化技术是在催化剂表面,在较低的操作温度(200-450℃)下,将VOCs非均相催化氧化成CO2和H2O,是一种最为有效的分解VOCs的方法,具有副产物少,能耗低的优点.VOCs分解用催化剂主要分为贵金属和金属氧化物两大类.贵金属催化剂活性高,但价格昂贵.因此科研工作者一直在诸多方面调控过渡金属氧化物,例如制备方法、组分协同、结构缺陷等,期望获得高活性、低成本的催化剂.水滑石(LDHs)是一种层状双金属氢氧化物,由带正电荷的金属氢氧化物层板和层间阴离子组成,可以表示为[M1-x^2+Mx^3+(OH)2](An-)x/n·mH2O.鉴于LDHs特有的结构特点,层板元素可调、比例可调等,其在一定温度下煅烧可以得到过渡金属复合氧化物(MMO)材料.由于LDHs的拓扑焙烧转变得到的MMO材料显示出许多利于多相催化反应的优点,如大表面积和多孔性、高热稳定性、良好的金属氧化物分散性等.水滑石基催化材料用于VOCs催化分解也引起了科研工作者的持续关注和研究,文献大多选择苯、甲苯、乙酸乙酯等工业活动中常用的挥发性有机溶剂作为探针分子来评估催化剂的活性、稳定性等参数.本综述将LDHs衍生的VOCs降解催化剂分为4类,整理了其近10年的研究进展:(1)含过渡金属的LDHs焙烧转变成MMO催化剂:系统论述了层板元素组成、层板元素比例、焙烧温度、制备方法等条件对催化活性的影响规律,阐明了不同处理条件下催化剂的物理化学特性(比表面积、孔结构、表面元素价态、氧缺陷、还原性)与催化活性的关联;(2)贵金属/MMO催化剂:比较了贵金属种类、LDHs载体种类、负载方式等因素对催化活性的影响规律,总结了贵金属负载在LDHs载体的优势;(3)核壳型MMO催化剂:分析了在氧化铝球、MOF等载体上原位负载LDHs的方法构筑多级结构的MMO催化剂,利于促进VOCs分解活性;(4)整体型MMO催化剂:满足VOCs分解实际应用,提出铝片基底上原位生长-煅烧制备高活性位点暴露的整体式催化剂的优点.在催化活性基础上着重介绍了水蒸气对活性的影响以及VOCs分解催化机理.同时提出了3点仍需努力的方向:LDHs向MMO拓扑转变机制认识不足;LDHs衍生的催化剂的VOCs分解机制研究不深入;催化剂活性降低-再生研究不透彻.