第三讲_阴离子型黏土插层复合材料

1、阴离子型黏土插层复合材料阴离子型黏土插层复合材料 阴离子型黏土是一类重要的层状材料物阴离子型黏土是一类重要的层状材料物质，其层板是由一种或多种金属元素及氧原质，其层板是由一种或多种金属元素及氧原子构成，层间含有元素阴离子或带负电荷的子构成，层间含有元素阴离子或带负电荷的原子团。层状阴离子型黏土型功能材料在催原子团。层状阴离子型黏土型功能材料在催化、发光、红外线吸收、离子交换及吸附、化、发光、红外线吸收、离子交换及吸附、阻燃、紫外阻隔、医药、电磁学方面都有着阻燃、紫外阻隔、医药、电磁学方面都有着重要的应用及研究价值。重要的应用及研究价值。 下面我们重点讲授水滑石类化合物插层下面我们重点讲授水滑石

2、类化合物插层复合材料的性质及其应用。复合材料的性质及其应用。第三讲第三讲水滑石类化合物简介水滑石类化合物简介 水滑石类化合物包括水滑石（水滑石类化合物包括水滑石（hydrotalcite) )和类水滑石和类水滑石（hydrotalcite-like compound) )，其主体一般由两种金属的，其主体一般由两种金属的氢氧化物构成，因此又称为层状双羟基复合金属氧化物氢氧化物构成，因此又称为层状双羟基复合金属氧化物（layered double hydroxide, ,简写简写LDH）。水滑石、类水滑）。水滑石、类水滑石和插层水滑石统称为水滑石类插层材料（石和插层水滑石统称为水滑石类插层材料（L

3、DHsLDHs） LDHsLDHs的发展历程如下：的发展历程如下： 1 1，18421842年瑞典人年瑞典人CircaCirca发现了天然发现了天然LDHsLDHs矿物的存在。矿物的存在。 2 2，19421942年，年，FeitknechtFeitknecht首次金属盐溶液与碱金属氢氧首次金属盐溶液与碱金属氢氧化物反应，并提出了双层结构的设想。化物反应，并提出了双层结构的设想。 3 3，19691969年，年，AllmannAllmann测定了测定了LDHsLDHs单晶的结构，确定了单晶的结构，确定了其层状结构。其层状结构。 4 4，二十世纪七十年代以来，水滑石类材料物质的研究，二十世纪七十

4、年代以来，水滑石类材料物质的研究得到了广泛地研究，在前驱体的制备、结构表征、超分子得到了广泛地研究，在前驱体的制备、结构表征、超分子结构模型的建立、插层组装动力学和机理、插层组装体的结构模型的建立、插层组装动力学和机理、插层组装体的功能开发等诸方面都得到了长足地发展。功能开发等诸方面都得到了长足地发展。LDHs插层前驱体的结构特征插层前驱体的结构特征 LDHs是由层间阴离子及带正电荷层板堆积是由层间阴离子及带正电荷层板堆积而成的化合物，其化学组成通式如下：其中而成的化合物，其化学组成通式如下：其中M2+ M1-xMx(OH)2x+(An-)x/n mH2O 和和M3+分别为二价和三价金属阳离子

5、，位于主体层分别为二价和三价金属阳离子，位于主体层板；板；An-为层间阴离子；为层间阴离子；x为为M3+/(M2+M3+)的摩尔的摩尔比值；比值；m为层间水分子个数。位于层板上的二价为层间水分子个数。位于层板上的二价金属阳离子可以在一定比例范围内被半径相近的金属阳离子可以在一定比例范围内被半径相近的三价金属阳离子同晶取代，从而主体层板带部分三价金属阳离子同晶取代，从而主体层板带部分正电荷，层间可被交换的阴离子平衡主体层板正正电荷，层间可被交换的阴离子平衡主体层板正电荷。另外，板层间还存在一些水分子。电荷。另外，板层间还存在一些水分子。 LDHs的结构示意图如下：的结构示意图如下：由于由于LDH

6、sLDHs的晶体结构特征，使得水滑石具有如下特殊性能：的晶体结构特征，使得水滑石具有如下特殊性能：1 1，层板化学组成的可调控性。，层板化学组成的可调控性。2 2，层间阴离子种类和数量的可调控性，为水滑石插层材料，层间阴离子种类和数量的可调控性，为水滑石插层材料 的制备奠定了基础。的制备奠定了基础。LDHs的主体层板化学组成与层板阳的主体层板化学组成与层板阳 离子的特性、层板电荷密度或阴离子交换量、超分子插离子的特性、层板电荷密度或阴离子交换量、超分子插 层结构等因素密切相关。一般来说，只要金属阳离子具层结构等因素密切相关。一般来说，只要金属阳离子具 有适宜的半径（与有适宜的半径（与Mg2+的

7、离子半径的离子半径0.072nm接近）和电接近）和电 荷数，均可形成荷数，均可形成LDHs层板。层板。 对于二元金属组分的水滑石来说，对于二元金属组分的水滑石来说，M2+/M3+在在2.0-4.0之间时，亦形成水滑石结构。而对于多元金属组之间时，亦形成水滑石结构。而对于多元金属组分，各金属元素的含量要通过控制合成条件而获得。分，各金属元素的含量要通过控制合成条件而获得。 主体层板和层间客体分子之间的相互作用主体层板和层间客体分子之间的相互作用 由于水滑石层板上带有正电荷，这就要求层间由于水滑石层板上带有正电荷，这就要求层间客体分子必须带部分负电荷，从而达到材料的整体客体分子必须带部分负电荷，从

8、而达到材料的整体电荷平衡。层间客体分子与主体层板之间除了静电电荷平衡。层间客体分子与主体层板之间除了静电力相互作用以外，还存在氢键和分子之间的范德华力相互作用以外，还存在氢键和分子之间的范德华力作用等。由于这些力的作用，使得客体分子的热力作用等。由于这些力的作用，使得客体分子的热稳定性得到提高。稳定性得到提高。LDHs插层前驱体的合成方法插层前驱体的合成方法 1 1，共沉淀法：按照一定的摩尔比，将金属盐溶，共沉淀法：按照一定的摩尔比，将金属盐溶液和碱溶液通过一定的方法混合，然后晶化得液和碱溶液通过一定的方法混合，然后晶化得到水滑石晶体。到水滑石晶体。变化变化PHPH 值法值法恒定恒定PHPH

9、值法值法成核成核/ /晶化晶化 隔离法隔离法非平衡晶非平衡晶 化法化法 2 2，离子交换法：此方法仅对层间阴离子而言，离子交换法：此方法仅对层间阴离子而言，通过阴离子交换，可将目标阴离子交换到层间，通过阴离子交换，可将目标阴离子交换到层间，从而得到所需的从而得到所需的LDHsLDHs。阴离子交换能力的顺序。阴离子交换能力的顺序为：为：COCO3 32-2-SOSO4 42-2-HPOHPO4 42-2-OHOH- -FF- -ClCl- -BrNOBrNO3 3- - 3 3，焙烧复原法：利用，焙烧复原法：利用LDHsLDHs的的“记忆效应记忆效应”，在，在500500o oC C以内，形成以

10、内，形成LDOLDO，然后将焙烧产物放置到，然后将焙烧产物放置到含有所需阴离子溶液中，使含有所需阴离子溶液中，使LDHsLDHs结构重建，得结构重建，得到含目标阴离子的水滑石。到含目标阴离子的水滑石。 4 4，水热合成法：以难溶性氧化物和氢氧化物为，水热合成法：以难溶性氧化物和氢氧化物为原料，在高温高压下水热处理，得到目标水滑石。原料，在高温高压下水热处理，得到目标水滑石。有机化合物在水滑石类材料的组装有机化合物在水滑石类材料的组装水滑石插层组装的概念：水滑石插层组装的概念： 水滑石插层组装体的研究适宜插层组装概念为基础，应水滑石插层组装体的研究适宜插层组装概念为基础，应用插层化学方法，将水滑

11、石层板主体与客体分子进行组装，用插层化学方法，将水滑石层板主体与客体分子进行组装，使得客体有机分子克服水滑石层与层之间的作用力可逆地插使得客体有机分子克服水滑石层与层之间的作用力可逆地插入层间空隙，将层板撑开，并与层板形成较强的作用力，构入层间空隙，将层板撑开，并与层板形成较强的作用力，构筑水滑石插层组装体。筑水滑石插层组装体。水滑石插层组装的原理：水滑石插层组装的原理： 插层组装的驱动力插层组装的驱动力 静电引力：层板带正电荷，有静电引力：层板带正电荷，有机阴离子型化合物可进入层间机阴离子型化合物可进入层间 通过化学反应，形成共价键而进通过化学反应，形成共价键而进行组装。行组装。插层客体分子

12、的选择插层客体分子的选择要求客体分子具有一定的电荷密度且要求客体分子具有一定的电荷密度且体积适中体积适中插层组装的规律：阴离子的电荷密度插层组装的规律：阴离子的电荷密度越大，其离子交换能力越大；电荷密越大，其离子交换能力越大；电荷密度相同时，阴离子直径越小，其离子度相同时，阴离子直径越小，其离子交换能力越大交换能力越大插层组装的途径插层组装的途径共沉淀共沉淀法法阴离子交换法阴离子交换法焙烧复原法焙烧复原法二次组装法二次组装法模板模板法法返混返混/沉淀法沉淀法热反应热反应法法其他方法其他方法影响插层组装的因素影响插层组装的因素1 1，X-X-射线粉末衍射射线粉末衍射：是表证水滑石类材料结构最基本

13、的：是表证水滑石类材料结构最基本的方法。其中方法。其中(003)(003)衍射峰表示层间距的大小，通过比较衍射峰表示层间距的大小，通过比较组装前后层间距大小的变化，可以得到客体分子所占组装前后层间距大小的变化，可以得到客体分子所占据的层间通道的高度，进而得出客体分子在层间的存据的层间通道的高度，进而得出客体分子在层间的存在形式。在形式。晶化温度晶化温度晶化时间晶化时间过程及终点过程及终点pH值值水滑石插层组装体的超分子结构表证方法水滑石插层组装体的超分子结构表证方法2 2，红外光谱分析，红外光谱分析：红外光谱是检测水滑石查层组装体：红外光谱是检测水滑石查层组装体 的层间阴离子，确定其超分子结构

14、的重要方法之的层间阴离子，确定其超分子结构的重要方法之 一。通过红外光谱可以确定有机客体中一些特定有一。通过红外光谱可以确定有机客体中一些特定有 机基团的存在，进而确定客体有机化合物的存在。机基团的存在，进而确定客体有机化合物的存在。 另外，通过红外光谱中某些特征官能团吸收峰位置另外，通过红外光谱中某些特征官能团吸收峰位置 的变化，可判断层间有机物段及是否与板层产生了的变化，可判断层间有机物段及是否与板层产生了 氢键或其他类型的相互作用氢键或其他类型的相互作用3 3，TG-DTATG-DTA分析分析：TG-DTATG-DTA是表证水滑石类插层材料热稳定性是表证水滑石类插层材料热稳定性 的常用方

15、法，如与质谱联用，通过分析水滑石插层材料的常用方法，如与质谱联用，通过分析水滑石插层材料 在热处理过程中所分解的气相产物可了解水滑石插层组在热处理过程中所分解的气相产物可了解水滑石插层组 装体的热分解机理。装体的热分解机理。水滑石插层组装体水滑石插层组装体的热分解过程的热分解过程室温至室温至300300o oC,C,失去表面失去表面物理吸附水及层间水物理吸附水及层间水300300o oC-500C-500o oC,C,层板羟基脱除层板羟基脱除500500o oC C以上以上, ,板层发生分解，生成板层发生分解，生成金属氧化物混合物，即：金属氧化物混合物，即：LDOLDO。层间有机物的分解与燃烧

16、，视不层间有机物的分解与燃烧，视不同化合物而定，一般来说，在同化合物而定，一般来说，在600600o oC C以下。以下。 4 4，固体核磁共振分析：，固体核磁共振分析：固体核磁共振可以反映出水固体核磁共振可以反映出水 滑石层间插层化合物中元素的周围环境以及其受滑石层间插层化合物中元素的周围环境以及其受 水滑石板层作用的情况；对于板层元素来说，可水滑石板层作用的情况；对于板层元素来说，可 以反映出受插层有机物质的作用及其可能与有机以反映出受插层有机物质的作用及其可能与有机 物质的配位情况。物质的配位情况。客体分子在层间的定向及取向客体分子在层间的定向及取向 水滑石插层组装体层间有机客体的排列方

17、式将水滑石插层组装体层间有机客体的排列方式将对其结构及性能产生较大的影响，组装客体在层间对其结构及性能产生较大的影响，组装客体在层间以多种方式在层间定位，主要有以下几种：以多种方式在层间定位，主要有以下几种：1 1，单层，单层排列；排列；2 2，双层排列；，双层排列；3 3，垂直排列；，垂直排列；4 4，以一定角度，以一定角度排列。排列方式主要取决于客体有机分子的性质及排列。排列方式主要取决于客体有机分子的性质及组装过程外界所施加的条件。现举例具体加以说明。组装过程外界所施加的条件。现举例具体加以说明。1 1，脂肪族羧酸，脂肪族羧酸：直链二元羧酸和一元羧酸：直链二元羧酸和一元羧酸直链二元羧酸直

18、链二元羧酸0.21nm随着组装体系温度的升高，客体分随着组装体系温度的升高，客体分子在层间由垂直分布逐渐向水平分子在层间由垂直分布逐渐向水平分布转化。由于水平分布时，离子长布转化。由于水平分布时，离子长链端平行于板层，羧基上的两个氧链端平行于板层，羧基上的两个氧原子分别与上下层板通过氢键相连，原子分别与上下层板通过氢键相连，其羟基也与层板发生作用，故重排其羟基也与层板发生作用，故重排后产物的热稳定性高于常温下的插后产物的热稳定性高于常温下的插层产物层产物。直链一元羧酸：直链一元羧酸： 对于直链一元羧酸来说，水滑石上下两个层板均可与一元直链脂对于直链一元羧酸来说，水滑石上下两个层板均可与一元直链

19、脂肪酸的羧基作用，因而其在水滑石层间已形成双层排列，羧酸的肪酸的羧基作用，因而其在水滑石层间已形成双层排列，羧酸的烷基端指向层间的中部。另外，有机酸阴离子与层板平面间也可烷基端指向层间的中部。另外，有机酸阴离子与层板平面间也可以一定的倾斜角度存在。以一定的倾斜角度存在。-芳香族羧酸（以苯甲酸阴离子和对苯二甲酸阴离子芳香族羧酸（以苯甲酸阴离子和对苯二甲酸阴离子为例）为例）-1.07nm0.88nm苯甲酸阴离子插层：分子的长度为苯甲酸阴离子插层：分子的长度为0.88nm,0.88nm,插层后水滑石层间通道插层后水滑石层间通道高度为高度为1.04-1.07nm。苯甲酸阴离子在层间可能以两种状态存在，

20、具。苯甲酸阴离子在层间可能以两种状态存在，具体如下：体如下：-单层垂直排列单层垂直排列双层排列双层排列, ,倾角大约为：倾角大约为：2525o o-45-45o o有机磺酸有机磺酸客体分子有机磺酸在层客体分子有机磺酸在层间以单层相互交错的方间以单层相互交错的方式排列，磺酸基与水滑式排列，磺酸基与水滑石层板之间形成氢键相石层板之间形成氢键相互作用。互作用。对苯二甲酸阴离子的插层解对苯二甲酸阴离子的插层解析：插层组装体的层间通道析：插层组装体的层间通道高度为高度为0.92-0.96nm，分子长，分子长度为度为0.95nm-水滑石插层复合材料及其前驱体的功能水滑石插层复合材料及其前驱体的功能插层前驱

21、体的功能插层前驱体的功能催化方面的应催化方面的应用用离子交换和吸附方面的应离子交换和吸附方面的应用用红外吸收材料红外吸收材料阻燃剂阻燃剂热稳定剂热稳定剂紫外阻隔材料紫外阻隔材料新兴杀菌材料新兴杀菌材料作为催化剂方面的应用作为催化剂方面的应用 水滑石类材料的催化性能主要来自于材料本身的碱水滑石类材料的催化性能主要来自于材料本身的碱性中心。研究结果表明，水滑石本身的催化活性较低，性中心。研究结果表明，水滑石本身的催化活性较低，而其经高温焙烧后所形成的而其经高温焙烧后所形成的LDO和有机阴离子插层产物和有机阴离子插层产物具有较高的活性，其催化遵循配位阴离子机理。此类材具有较高的活性，其催化遵循配位阴

22、离子机理。此类材料所能进行的催化反应主要有以下几种反应类型：料所能进行的催化反应主要有以下几种反应类型：1，烯烃环氧化合物聚合；烯烃环氧化合物聚合；2，醇醛缩合；，醇醛缩合；3，酯交换反应等。，酯交换反应等。离子交换及吸附方面的应用离子交换及吸附方面的应用水滑石由于具有较大的内表面积，容易接受客体阴离子，可被用来作水滑石由于具有较大的内表面积，容易接受客体阴离子，可被用来作为吸附剂。水滑石的阴离子交换能力与其层间的阴离子种类有关，一为吸附剂。水滑石的阴离子交换能力与其层间的阴离子种类有关，一般情况下，低价阴离子已被高价阴离子交换出层间。目前，在印染和般情况下，低价阴离子已被高价阴离子交换出层间

23、。目前，在印染和核废水处理等方面得到了应用和研究。核废水处理等方面得到了应用和研究。与阴离子交换树脂相比，水滑石具有离子交换容量大、耐高温、耐辐与阴离子交换树脂相比，水滑石具有离子交换容量大、耐高温、耐辐射、不老化、密度大、体积小等特点，尤其适合于核动力装置上放射射、不老化、密度大、体积小等特点，尤其适合于核动力装置上放射性废水的处理。例如，在核废水中放射性性废水的处理。例如，在核废水中放射性 处理就可使用水滑石类材处理就可使用水滑石类材料物质。料物质。另外，另外，LDOLDO同时具有碱性和催化氧化还原性能，可以作为催化氧化还同时具有碱性和催化氧化还原性能，可以作为催化氧化还原吸附剂来吸附原吸

24、附剂来吸附SOSOx x, ,在环保方面具有很高的应用价值。在环保方面具有很高的应用价值。有机插层的水滑石类材料物质可以用作具有分离作用的新兴薄膜材料。有机插层的水滑石类材料物质可以用作具有分离作用的新兴薄膜材料。如十四烷酸或己酸插层的如十四烷酸或己酸插层的LiAl-LDHs可将芘从多环芳香族化合物的甲可将芘从多环芳香族化合物的甲醇水溶液中分离出来。鉴于具有分离作用，有机插层的醇水溶液中分离出来。鉴于具有分离作用，有机插层的LiAl-LDHsLiAl-LDHs可可用作气相色谱的固定相。用作气相色谱的固定相。近些年来，水滑石类功能材料用于污水中的卤族元素离子的提取也已近些年来，水滑石类功能材料用

25、于污水中的卤族元素离子的提取也已得到了较为深入地研究。得到了较为深入地研究。在功能性高分子材料及其添加剂方面的应用在功能性高分子材料及其添加剂方面的应用 由于水滑石类功能材料结构及性能的可设计性和可调控由于水滑石类功能材料结构及性能的可设计性和可调控 性，使得其在高分子材料中的应用具有诱人之处。性，使得其在高分子材料中的应用具有诱人之处。红外吸收材料红外吸收材料 对于红外吸收材料而言，达到保温效果的最佳红外吸收范围对于红外吸收材料而言，达到保温效果的最佳红外吸收范围为为1400-400cm1400-400cm-1-1。尤其在。尤其在1100cm1100cm-1-1附近材料对红外吸收能力最强，附

26、近材料对红外吸收能力最强，而水滑石类材料在这一范围有很好的吸收效果。而水滑石类材料在这一范围有很好的吸收效果。此区域内补充水滑石红外吸收光此区域内补充水滑石红外吸收光谱图（以谱图（以Mg-Al-LDHMg-Al-LDH为例）。为例）。其在其在1000-400cm-1范围的吸收是由板层上金属范围的吸收是由板层上金属-氧键及层间阴离子所引起的。氧键及层间阴离子所引起的。而且，水滑石类材料的红外吸收可以通过调变组成加以改变：而且，水滑石类材料的红外吸收可以通过调变组成加以改变：1，调变层间阴，调变层间阴离子可以增加离子可以增加LDHs在最佳范围的红外吸收；在最佳范围的红外吸收；2，调整金属比可以增加

27、层间阴，调整金属比可以增加层间阴离子的含量，同时可以改变金属离子的含量，同时可以改变金属-氧键的数量，增加氧键的数量，增加LDHs的红外吸收范围；的红外吸收范围；3，由于金属离子红外吸收能力的不同，改变骨架离子也可以调整其红外吸收范由于金属离子红外吸收能力的不同，改变骨架离子也可以调整其红外吸收范围。围。样品样品2.5-20 m4-20 m5-13 mPE/LDHs膜膜74.2%70.5%72.6%PE/滑石粉膜滑石粉膜65.8%66.8%69.6%表表1，PE（聚乙烯）（聚乙烯）/LDHs膜与膜与PE/滑石粉膜的红外吸收性能比较滑石粉膜的红外吸收性能比较作为阻燃剂作为阻燃剂水滑石作为阻燃剂加

28、入到聚氯乙烯（水滑石作为阻燃剂加入到聚氯乙烯（PVC)之中，具有明显之中，具有明显的阻燃和抑烟效果。的阻燃和抑烟效果。水滑石水滑石层板层板层内层内阻燃性物阻燃性物种种CO32-结构水结构水经受热经受热释放释放CO2经受热经受热吸收热量，吸收热量，放出水蒸汽放出水蒸汽达到阻燃的达到阻燃的目的目的表表3，不同阻燃剂，不同阻燃剂/PVC复合材料的氧指数测试结果复合材料的氧指数测试结果样品样品助燃剂用量助燃剂用量/份份氧指数氧指数LOI/%LDHs/软软PVC20406028.728.828.4氢氧化铝氢氧化铝/软软PVC4526.0氢氧化镁氢氧化镁/软软PVC4526.0表表4，LDHs/PVC复合

29、材料的烟密度测试结果复合材料的烟密度测试结果LDHs添加量添加量/份份0204060无焰燃烧无焰燃烧产烟速率产烟速率/%最大烟密度最大烟密度Dmax烟雾遮光指数烟雾遮光指数SOI/% 67.4479.957163.9455.038.7275.618343.8312.2155有焰燃烧有焰燃烧产烟速率产烟速率/%最大烟密度最大烟密度Dmax烟雾遮光指数烟雾遮光指数SOI/%88.0626.1220054.3386.691156.8404.772759.0419.9782作为热稳定添加剂作为热稳定添加剂LDHs作为热稳定剂的优良性能主要表现在以下几个方面：作为热稳定剂的优良性能主要表现在以下几个方面

30、：1 1，LDHsLDHs显碱性，可有效地吸收显碱性，可有效地吸收PVCPVC热分解释放出来的热分解释放出来的HClHCl，阻止，阻止 PVCPVC因因HClHCl的自催化而应起的进一步的分解反应。的自催化而应起的进一步的分解反应。2 2，经表面及结构改性的，经表面及结构改性的LDHsLDHs具有与塑料料良好的相容性，不会损具有与塑料料良好的相容性，不会损失材料的力学、电学及光学等性质。失材料的力学、电学及光学等性质。3 3，LDHsLDHs本身结构稳定，具有良好的光稳定性，不挥发，不升华，本身结构稳定，具有良好的光稳定性，不挥发，不升华， 不迁移，不会被水、油及溶剂抽出。不迁移，不会被水、油

31、及溶剂抽出。4 4，层状特性可有效抑制增塑剂及其他各种添加剂在，层状特性可有效抑制增塑剂及其他各种添加剂在PVCPVC基体中向基体中向 表面的迁移，阻止其表面的恶化。表面的迁移，阻止其表面的恶化。 作为紫外阻隔材料作为紫外阻隔材料紫外线辐射对人类的身体健康会造成巨大的伤害，经研究发现，某些水紫外线辐射对人类的身体健康会造成巨大的伤害，经研究发现，某些水滑石类材料经过焙烧之后的产物滑石类材料经过焙烧之后的产物LDO具有良好的紫外阻隔功能。具有良好的紫外阻隔功能。 /nm250268286297304320365ZnAl-LDOZn/Al=2.30.70.71.21.82.13.719.2ZnAl

32、-LDOZn/Al=30.00.00.00.00.00.10.8ZnAl-LDOZn/Al=40.00.00.00.00.00.00.5这一组数据说明，作为基体的水滑石的紫外阻隔性能。另外，某些插层这一组数据说明，作为基体的水滑石的紫外阻隔性能。另外，某些插层结构水滑石（例如水杨酸根插层水滑石）因水滑石插层基体的存在，可结构水滑石（例如水杨酸根插层水滑石）因水滑石插层基体的存在，可大大地提高客体分子的紫外阻隔能力。（见参考文献：化学学报，大大地提高客体分子的紫外阻隔能力。（见参考文献：化学学报，2003，61（2）：）：267）作为新型药物缓释剂作为新型药物缓释剂 由于某些水滑石类材料物质具有

33、无毒性且在酸性环境下易与酸性物由于某些水滑石类材料物质具有无毒性且在酸性环境下易与酸性物质发生反应分解等特性，因此，水滑石可用作治疗抗酸性药物，用来治质发生反应分解等特性，因此，水滑石可用作治疗抗酸性药物，用来治疗胃病（如胃炎、胃溃疡、十二指肠溃疡等）。疗胃病（如胃炎、胃溃疡、十二指肠溃疡等）。 另外，最近的研究发现，利用水滑石的可插层性，将药物分子引入另外，最近的研究发现，利用水滑石的可插层性，将药物分子引入水滑石层间，可制作成新型药物水滑石层间，可制作成新型药物- -无机分子复合材料。药物分子在层间无机分子复合材料。药物分子在层间存在并可以通过离子交换形式存在并可以通过离子交换形式缓慢地缓

34、慢地释放出来，从而可大大地提高药物释放出来，从而可大大地提高药物在人体内的吸收效率，并可降低因大量用药而带来的对人体的毒害作在人体内的吸收效率，并可降低因大量用药而带来的对人体的毒害作用。用。 例如，例如，KhanKhan等研究了布洛芬、萘普生等药物在水滑石类材料中的可等研究了布洛芬、萘普生等药物在水滑石类材料中的可逆插层行为，证明了该过程及插层组装产物可作为新型药物控制释放体逆插层行为，证明了该过程及插层组装产物可作为新型药物控制释放体系。而该类药物分子是治疗心血管病及关节炎等病症，临床证明，这种系。而该类药物分子是治疗心血管病及关节炎等病症，临床证明，这种复合药物具有很高的疗效。复合药物具

35、有很高的疗效。酶的固定化方面的应用酶的固定化方面的应用 酶在工业上的利用主要是其催化功能，然而其热稳定性较差一直是酶在工业上的利用主要是其催化功能，然而其热稳定性较差一直是其利用的不利因素。水滑石是一种层状材料物质，其内部含有大量的羟其利用的不利因素。水滑石是一种层状材料物质，其内部含有大量的羟基，这些羟基可以和组装到层内的极性客体分子起氢键作用，使得客体基，这些羟基可以和组装到层内的极性客体分子起氢键作用，使得客体物质分子在水滑石内稳定存在。由于水滑石层板系无机成分，可对组装物质分子在水滑石内稳定存在。由于水滑石层板系无机成分，可对组装到其内部的有机化合物分子与外界环境之间起到屏障作用，进而

36、大大地到其内部的有机化合物分子与外界环境之间起到屏障作用，进而大大地提高层内客体分子的热稳定性。同时经研究发现，镁铝体系的水滑石不提高层内客体分子的热稳定性。同时经研究发现，镁铝体系的水滑石不但能有效地固定青霉素酰化酶（但能有效地固定青霉素酰化酶（PGA），而且还能有效地保持青霉素酶），而且还能有效地保持青霉素酶的活性，大大地提高了其工业应用价值。的活性，大大地提高了其工业应用价值。磁学方面的应用磁学方面的应用 铁氧体是一大类磁性材料，它无论在高频或低频领域都占有独特的地铁氧体是一大类磁性材料，它无论在高频或低频领域都占有独特的地位，日益受到世界各国的重视。典型的铁氧体均是通过焙烧各种金属氧化

37、位，日益受到世界各国的重视。典型的铁氧体均是通过焙烧各种金属氧化物、氢氧化物或其他沉淀混合物得到的。由于物、氢氧化物或其他沉淀混合物得到的。由于LDHs的化学组成和结构在的化学组成和结构在微观上具有可调控性和整体均匀性，本身又是三维纳米材料，这种特殊材微观上具有可调控性和整体均匀性，本身又是三维纳米材料，这种特殊材料是合成良好的磁特性铁氧体的前驱体材料，因此通过设计可以向其板层料是合成良好的磁特性铁氧体的前驱体材料，因此通过设计可以向其板层引入潜在的物种，制备得到一定板层组成的引入潜在的物种，制备得到一定板层组成的LDHs。然后，以其为前驱体。然后，以其为前驱体经高温焙烧后得到尖晶石铁氧体。由

38、于焙烧后能够得到在微观上组成和结经高温焙烧后得到尖晶石铁氧体。由于焙烧后能够得到在微观上组成和结构均匀的尖晶石铁氧体，从而使得此磁性产物中的磁畴结构单一，大大地构均匀的尖晶石铁氧体，从而使得此磁性产物中的磁畴结构单一，大大地提高了其磁学性能。提高了其磁学性能。 尖晶石铁氧体磁性骨架中金属元素的化学计量比为：尖晶石铁氧体磁性骨架中金属元素的化学计量比为：M2+/M3+=1:2。 尖晶石型铁氧体晶胞结构尖晶石型铁氧体晶胞结构 在尖晶石型铁氧体的一个晶胞中共有在尖晶石型铁氧体的一个晶胞中共有5656个离子，其中有个离子，其中有2424个金属个金属离子，离子，3232个氧离子。图个氧离子。图a a是尖

39、晶石型铁氧体的一个晶胞：直径大的氧是尖晶石型铁氧体的一个晶胞：直径大的氧离子占据了晶体的大部分空间，直径比较小的金属离子离子占据了晶体的大部分空间，直径比较小的金属离子M和铁离子镶和铁离子镶嵌在氧离子之间的空隙里，而且有一定的规律。其中嵌在氧离子之间的空隙里，而且有一定的规律。其中M离子与其最邻离子与其最邻近的氧原子构成了一个正四面体，且近的氧原子构成了一个正四面体，且M M处于正四面体的中心位置，而处于正四面体的中心位置，而铁离子处于正八面体的中心位置铁离子处于正八面体的中心位置。晶胞中的四面体空隙晶胞中的四面体空隙 晶胞中的八面体空隙晶胞中的八面体空隙 尖晶石型铁氧体晶胞示意图尖晶石型铁氧

40、体晶胞示意图 图图a a典型文献讲述典型文献讲述Layered Double Hydroxide Surface Modified with (3-Aminopropyl)triethoxysilane by Covalent BondingFrom Advanced Materials文献文献 1文献文献 2Stoichiometric Synthesis of Pure MFe2O4 (M: Mg, Co, and Ni) Spinel Ferrites from Tailored Layered DoubleHydroxide (Hydrotalcite-Like) Precursors

41、From Chemistry of Materials In this paper a novel synthetic route of pure MFe2O4 (M : Mg, Co, and Ni) spinel ferrites is reported. The key feature of this method is using a single molecular precursor. The pure spinel ferrites can be obtained by calcination of tailored hydrotalcite-like layered doubl

42、e hydroxides (LDHs) of the type M1-X-YFe2+YFe3+X(OH)2X+(SO42-)X/2mH2O (M: Mg, Co, and Ni) precursors at 900 C for 2 h, in which the molar ratio of M2+/(Fe2+ + Fe3+) is adjusted to the same value as that in single spinel ferrite itself. The structural characteristics of the as-synthesized LDHs and th

43、eir resulting calcined products are obtained by powder X-ray diffraction (XRD), chemical analysis, Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), simultaneous thermogravimetric and differential thermal analysis (TG-DTA), and Mossbauer spectroscopy. The saturation magnetizations of the materials pr

44、oduced by calcinations of LDHs are higher than those of the spinel ferrites produced by the conventional ceramic and wet chemical routes, although the compositions of the materials are similar. The major advantage of the new method is that it affords uniform distribution of all metal cations on an a

45、tomic level in the LDH precursors; hence, the formation of spinel ferrites starting from the LDHs requires a much lower temperature and shorter time, leading to a lower chance of side-reactions occurring.Experimental Section Synthesis of M-Fe2+-Fe3+-LDH sulfates (M: Mg, Co, and Ni). A mixture of Fe2

46、(SO4)3, FeSO4, and M(NO3)2 (M : Mg, Co, and Ni) was dissolved in N2-saturated deionized water (M2+ + Fe2+ + Fe3+ ) 0.8 mol/L). A base solution (NaOH 1.5 M) in N2-saturated deionized water was added dropwise to the stirred mixture at 25 C until the pH reached 11.0 for the reaction solution containing

47、 Mg2+ cations and 7.0 for the reaction solution containing Co2+ cations or Ni2+ cations. The resulting suspension was aged for 4 h in an N2 atmosphere. The mixture was cooled by adding N2-saturated deionized water at 0 oC, filtered, and washed with N2-saturated deionized water at 0 oC and then N2-sa

48、turated ethanol at 0 oC. The resulting solid was dried at room temperature and stored at 0 oC under N2. Synthesis of MFe2O4 Spinel Ferrites (M : Mg, Ni, and Co). For the LDHs precursors method the synthesized M-Fe2+- Fe3+-LDHs were calcined in air at 900 oC for 2 h at a heating rate of 10 oC/min and

49、 then the resulting products were slowly cooled to room temperature. For the conventional ceramic method a stoichiometric mixture of homogenized reactants containing powdered R-Fe2O3 and MO was sintered at 1100 oCfor 10 h at a heating rate of 10 oC/min and the resulting product was slowly cooled to room temperature. For the wet chemical method the solution containing stoichimometric M2+ and Fe3+ cations was titrated with NaOH solution, and then the solid suspension was washed with deionized water, dried at room temperature, and calcined at 1100 oC for 10 h at