电化学辅助原位合成LDHs薄膜的工艺及其性能研究

来源 :西安理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tjc
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LDHs(层状双羟基复合金属氢氧化物)是一种典型的阴离子型层状化合物,它具有层板元素和层间客体阴离子的组成及其种类可以在较大范围内进行调控的特性,这使得LDHs同时具备了层间客体的可交换性和层板主体元素组成的可变性,二者协同作用可赋予这种材料许多新的功能。因此,在有机催化反应、污水处理、食品医药学、光电磁学和军工材料等诸多领域展现出极为广阔的应用前景。  目前,国内外有关LDHs的研究报道较多的集中在LDHs粉体材料的合成及应用方面。众所周知,无机薄膜材料具有耐高温、化学稳定性好、机械强度高以及易清洗再生等优点,这使得它在能源化工、环境保护、材料防腐涂层等领域已经获得了广泛的应用。显然,开发新型无机薄膜材料逐渐成为膜科学领域的研究热点。因此,在以往LDHs粉体材料研究的基础上,近几年来人们已开始将LDHs粉体制备成为一类新型的无机薄膜材料(LDHs薄膜),这可以赋予LDHs材料电子转移、能量转化和分子识别等功能,从而将其应用进一步拓宽到新型光电磁器件、金属材料防腐涂层、膜催化等领域。  本文通过对单因素实验条件的讨论,采用共沉淀法合成Ni/Mg/Cr-LDHs的工艺条件为:介质pH10.0,cNi∶cMg∶cCr=3∶9∶4,晶化温度90℃,晶化时间6h。合成产物在450℃焙烧后结构发生了明显的变化,通过两者对2,4-二硝基苯酚的吸附实验表明,相同时间下吸附饱和时,LDO(层状双羟基复合金属氧化物)可用相较于LDHs少1/3的质量而达到高于其3%的吸附率,LDHs焙烧后较焙烧前吸附效果好,并且证实了LDHs的形状记忆效应,即在水环境中重新吸收阴离子使其恢复原有的层状结构。  电化学阳极氧化铝片生成氧化铝模板,原位制备Ni/Al-LDHs薄膜。金属铝片预处理工艺为:22-24V电压一次氧化1h,刻蚀液浸泡,然后二次氧化0.5h,最后经过扩孔,生成有氧化铝纳米线附着的模板。在铝/氧化铝模板上原位制备Ni/Al-LDHs薄膜前体的条件为:反应温度60℃,反应时间5d,pH6.1-6.5,cNi2+=0.2mol/L;形貌分析表明,LDHs薄膜呈层状结构,层间距为0.883nm,层间为NO3-,且具有特征衍射峰,晶型单一。  原位生长法在铝/氧化铝模板上制备的磺基水杨酸/LDHs复合功能薄膜,XRD结果表明,特征衍射峰宽化,并且(003)衍射峰2θ由10°向小角度偏移至7.66°,表明磺基水杨酸已成功引入LDHs层间,且保持了良好的层状结构,紫外分析插层量约为14.44%。  电化学阳极氧化镍片生成氧化镍模板,原位制备Ni/Al-LDHs薄膜。氧化镍模板的制各工艺为:0.5mol/L醋酸乙醇溶液为电解液,15V电压阳极氧化1h。在氧化镍模板上原位生成Ni/Al-LDHs薄膜前体的实验条件为:温度90℃,pH9.0,时间6d;形貌分析表明LDHs薄膜呈层状结构,层间距为0.701nm,层间为NO3-,且具有特征衍射峰,晶型单一。  原位生长法在氧化镍模板上制备对甲苯磺酸/LDHs复合功能薄膜,XRD结果表明,特征衍射峰宽化,层间距d(003)由0.701nm增大至1.216nm,表明对甲苯磺酸阴离子已进入LDHs层间。另外,从实测d003(1.216nm)中扣除一个层板厚度(0.48nm),可得其层板通道宽度为0.736nm,与一个对甲苯磺酸根阴离子的大小(0.74nm)接近,说明对甲苯磺酸跟是几乎垂直进入LDHs层板间,紫外分析插层量约为10.32%。
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