聚苯乙烯/层状双金属氢氧化物纳米复合材料的制备与表征

由离子交换法制备4,4′-偶氮二(4-氰基戊酸)根(ACP)单独插层和ACP/对苯乙烯磺酸根(VBS)复合插层的层状双金属氢氧化物(LDH),再通过原位悬浮聚合制得聚苯乙烯(PS)/LDH纳米复合材料,对插层改性LDH和复合材料进行了结构和性能表征.X-射线衍射和元素分析表明ACP可以单独或与VBS一起插入到LDH层间.透射电镜和X-射线衍射分析表明采用ACP/VBS复合插层LDH与苯乙烯原位聚合得到的复合材料中LDH剥离程度高,熔融加工后LDH基本以纳米层板形式分散在PS基体中.LDH的引入可明显提高PS的热稳定性,而熔体流动性下降.     

聚乙烯醇/层状双金属氢氧化物复合膜的原位制备及其性能研究

采用一步水热法,原位制备了聚乙烯醇(PVA)/层状双金属氢氧化物(LDH)复合材料(PVA/LDH).与溶液共混法相比,原位生成法具有实验操作简单、制备周期短等优势.广角X射线衍射(WXRD)结果显示,利用该方法可在PVA溶液中原位生成晶型完整的LDH片状粒子.与溶液共混法制备所得复合体系的流变行为不同,原位合成体系在低剪切速率下的表观黏度随LDH含量的增加而下降.得益于LDH在PVA中的良好分散,填料含量为1.0 wt％时,复合膜的力学拉伸强度及弹性模量较纯PVA膜分别提高105.40％和133.20％.在保持复合材料高透光性基础上,薄膜的耐水性也有一定的提升,但其耐水蒸汽的提高仅当LDH含量达3.0 wt％才有所体现.     

层状复合金属氢氧化物-聚丙烯酸钠水分散体系的双絮凝现象及机理探讨

研究了聚丙烯酸钠(PAAS)对镁铝型层状复合金属氢氧化物(MgAl-LDH)的胶体水分散体系稳定性的影响. 利用总有机碳(TOC)分析技术测定了PAAS在LDH颗粒上的吸附量, 并利用ζ电位表征了LDH颗粒的电性质. 实验结果表明, 在质量分数为1%的LDH水分散体系中加入0.006~2.400 mmol/L PAAS, 随着PAAS浓度的增加, LDH-PAAS混合体系出现了絮凝-分散-再絮凝变化. 同时, 随着PAAS浓度的增加, PAAS在LDH颗粒上的吸附导致颗粒ζ电位由正减至0, 并进一步负向增加, 颗粒间静电斥力先减小后增加, 因此体系先絮凝再分散. 随着LDH颗粒负电性的进一步增强, 未吸附的PAAS引发颗粒间产生的空缺引力成为体系再次絮凝的主要原因. 对吸附PAAS的LDH颗粒的红外光谱分析表明, PAAS主要通过-COO-与LDH的相互作用而吸附在颗粒上.     

层状双金属氢氧化物/碳纳米管复合物的制备及在有机溶剂中的分散

通过硝酸处理在碳纳米管(CNTs)表面生成了羧基(-COOH)基团, 随后采用尿素法在其水悬浮液中原位合成了层状双金属氢氧化物(LDH), 获得了层状双金属氢氧化物/碳纳米管复合物(LDH/CNTs), 考察了CNTs用量对LDH形貌与结构的影响. 结果表明, CNTs的用量对LDH的产率及结构无显著影响; 但当CNTs用量较低(<0.2 g/L)或过高(>4.0 g/L)时, 会导致LDH的粒径分布变宽. 对LDH/CNTs进行氯化及有机化处理, 获得了十二烷基苯磺酸根离子(DBS)插层的DBS-LDH/CNTs. 对DBS-LDH/CNTs在不同有机溶剂中分散及剥离程度的研究发现, DBS-LDH/CNTs在丁醇、 乙醇及二甲苯中均可良好分散且其悬浮液较稳定, LDH在不同溶剂中的剥离程度为丁醇>乙醇>二甲苯>四氢呋喃.     

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.     

A Nonenzymatic Glucose Sensor Based on Layer-by-layer Self-assembly of NiAl-layered Double Hydroxide and Polyelectrolyte

采用共沉淀法合成了镍铝水滑石(NiAl - LDH),将NiAl - LDH与聚苯乙烯磺酸钠(PSS)通过层层自组装法构筑了PSS/NiAl - LDH多层膜电极,并将其用于葡萄糖分析.X射线衍射光谱、红外光谱和SEM结果表明:共沉淀法合成的NiAl -LDH具有典型的水滑石特征峰及形貌.紫外-可见光谱表明:NiAl - LDH可与PSS均匀有效地组装构筑多层膜.电化学研究表明:NiAl - LDH修饰电极能有效地催化氧化葡萄糖.该传感器对葡萄糖在5.0×10-7～6.6×10-4 mol/L范围内呈良好的线性响应,灵敏度为8.9×10-4 A·L·mol -1,检出限(S/N=3)为2.8×10-7 mol/L.     

From Zn-Al layered double hydroxide to ZnO nanostructure:Gradually etching by sodium hydroxide

Zn-Al layered double hydroxide(LDH) was used as precursor to produce ZnO nanostructures through dissolution of aluminum hydroxide in caustic soda.The Zn-Al LDH could transform into different nanostructures of ZnO on LDH nanosheets and even pure ZnO nanorods under various NaOH concentration.The formed ZnO nanorods vertically aligned on both LDH sides.UV-vis diverse reflectance spectra show that the obtained ZnO nanorods have a band gap of approximately 3.05 eV.Such ZnO/LDH nanostructures might be used as photocatalyst in the organic pollutant decomposition.     

偏氯乙烯共聚物/层状双金属氢氧化物纳米复合材料的制备与表征

通过硝酸根插层层状双金属氢氧化物(LDH)与可逆加成-断裂链转移(RAFT)试剂S,S’-对(α,α’-二甲基-α″-乙酸)三硫代碳酸酯(CTA)阴离子的离子交换制备CTA阴离子插层LDH,再通过原位RAFT活性自由基聚合制备偏氯乙烯-丙烯酸甲酯(VDC-MA)共聚物/LDH纳米复合材料.采用傅里叶变换红外光谱、元素分析和X-射线衍射、透射电子显微镜、凝胶渗透色谱仪和热失重仪表征了CTA阴离子插层LDH和纳米复合材料的结构和性能.结果表明,CTA阴离子可以置换硝酸根阴离子插入到LDH层间,LDH层间距由0.89 nm增大到1.50 nm;在原位RAFT聚合过程中,LDH逐渐剥离,LDH以纳米层板形式分散在VDC-MA共聚物基体中;VDC-MA共聚物数均分子量随加入的插层CTA阴离子含量增加而减小,聚合具有活性特征.此外,含量LDH的引入可明显提高VDC-MA共聚物的热稳定性.     

羟基喜树碱-类水滑石纳米杂化的共组装制备及表征

采用共组装法在水溶液中制备羟基喜树碱(HCPT)-层状双金属氢氧化物(LDH)纳米杂化物.先利用微通道反应器通过共沉淀法制备了Zn₂Al-NO₃ LDH纳米片,然后与羧酸盐型HCPT在水介质中共组装,制备了HCPT插层LDH的纳米杂化物.利用酸处理,可将层间HCPT由非生物活性的羧酸盐型转化为生物活性的内酯型,这对高生物活性HCPT-LDH纳米杂化物的绿色制备具有重要意义.共组装法制备HCPT-LDH纳米杂化物,耗时短、载药量高、分散性好,且利用原料配比可方便地调控载药量. HCPT分子在LDH层间以其长轴倾斜于层板呈双层排列.所制备的HCPT-LDH纳米杂化物具有良好的药物缓释性能,颗粒内部扩散是药物释放过程的控速步骤.药物释放过程可用准二级动力学模型描述.可以用于构筑LDH基药物输送-控释体系.     

牛黄酸及水杨酸系药物对镁铝层状复合氢氧化物的插层组装

通过XRD和IR表征对镁铝层状复合氧氧化物(LDH)与水杨酸、乙酰氨基酚、乙酰水杨酸,以及谷氨酸、色氨酸、牛黄酸反应产物的比较分析,研究了不同药物对有关组装方式的适宜性.结果表明水杨酸类药物均可通过离子交换组装到LDH层间,晶胞参数c由2.3893 nm依次增大为2.4024、2.4110和2.4111nm,通道高度h由0.3194 nm增大为0.3238、0.3267和0.3268 nm;通过离子交换能将谷氨酸组装到LDH层间,产物的IR吸收、热分解行为及TEM形貌与前体有明显区别,晶胞参数c由2.3765nm增大为2.3851nm,h由0.3152nm增大为0.3180nm;共沉淀法适宜制备LDH-牛黄酸插层复合物,但简单的离子交换不能使色氨酸与LDH有效复合.