水滑石镍基纳米复合材料的制备及其性能研究

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镍基磁性纳米复合材料具有比表面积大、磁性强,易回收的优点,在催化、吸附及电化学等领域有着广阔的应用前景。然而,目前的镍基纳米复合材料的合成主要是通过氢气(H2)或者硼氢化钠(NaBH4)等还原剂去获取。合成操作过程复杂,且不易操作,极大的限制了镍基纳米复合材料的进一步的应用。因此,亟待发展新的镍基纳米复合材料的合成方法成为近期迫切解决的一个重要问题。基于此,本论文采用层状双氢氧化物(LDHs)作为前驱,利用聚多巴胺易于修饰的特性以及随后的碳化处理,有效制备了形貌规整的镍基磁性纳米复合材料,并应用于4-硝基苯酚的催化和富组氨酸类蛋白的吸附研究。本文将从以下三个方面进行阐述:(1)简要介绍了水滑石纳米材料的结构,特性以及制备方法。然后详细描述了水滑石在环境领域中的应用,以及含硝基苯酚的酚类废水的研究进展,最后总结了镍基纳米复合材料在其他领域的应用。(2)介绍了一种通过在镍铝水滑石(NiAl-LDH)纳米片上包覆聚多巴胺(PDA)来制备Al2O3@C-Ni纳米片的简便方法。聚多巴胺可以在氮气条件下碳化,并且将均匀分散的金属镍纳米颗粒(NiNPs)嵌入聚多巴胺(PDA)碳化后的碳层中。制备好的Al2O3@C-Ni纳米片不仅对对硝基苯酚的还原反应表现出优异的催化活性,而且还表现出对富含组氨酸的蛋白质(BHb)的选择性吸附。同时,该纳米材料还具有磁性,可以很容易通过磁铁进行分离。更重要的是,镍铝水滑石(NiAl-LDH)可以通过化学反应在不同的模板上生长,形成三维(3D)分级纳米结构,从而制备多功能的纳米复合材料并增强它们的性能。因此该方法可以扩展到各种镍(Ni)基纳米复合材料的制备,在实际应用中具有很大的潜力。(3)介绍了一种制备双金属纳米复合材料Al2O3@C-CoNi的简便方法。首先,通过水热法制备得到钴铝水滑石(CoAl-LDH)模板,然后,在碱性溶液中,包覆镍离子掺杂的聚多巴胺(PDA-Ni2+)涂层,得到具有核壳结构的CoAl-LDH@PDA-Ni2+纳米片,最后将CoAl-LDH@PDA-Ni2+在氮气保护下煅烧,得到含镍,钴的氮掺杂碳纳米片Al2O3@C-CoNi,由于其特殊的组成和片层结构,将Al2O3@C-CoNi作为4-硝基苯酚(4-NP)的还原催化剂和牛血红蛋白(BHb)的吸附剂,均表现出较高的催化性能和良好的吸附性能。而且,Al2O3@C-CoNi具有强磁性,可以很容易通过外加的磁场进行分离,并具有良好的循环稳定性,而且这种方法可以扩展到其他大规模合成多金属纳米复合材料。
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