偶氮染料插层类水滑石纳米复合材料的制备及性能研究

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本文采用传统共沉淀法制备出摩尔比不同的二元镁铝类水滑石和三元镁锌铝类水滑石。以三种偶氮染料丽春红2R(Ponceau2R, P2R)、甲基橙(Methyl Orange, MO)和甲基红(Methyl Red, MR)为阴离子客体,以二元MgAl-Cl-LDHs作为主体,利用结构重建和离子交换的方法制备了一系列摩尔比不同的插层产物,采用XRD、FT-IR、TG-DTA、TEM、SEM、UV-vis和元素分析等表征手段对它们的结构和光热性质进行了研究。一、采用传统共沉淀法制备出了n(Mg2+/Al3+)=2:1-5:1的二元MgAl-Cl-LDHs,层间距(0.78-0.80nm)随着摩尔比的增大而增大,这与层板的电荷密度有关。摩尔比越大,层板电荷密度越小,与层间阴离子的相互作用越弱,层间距越大。SEM和TEM表明共沉淀法制备的LDHs具有典型的类水滑石六角片状结构,平均晶粒尺寸为100~200nm。制备的n(Mg2+/Zn2+/A13+)=1:1:1和2:1:1的三元MgZnAl-NO3-LDHs也具备典型的层状结构,XRD测试表明结晶度较高,且层间距分别为0.87nm和0.89nm,比二元类水滑石的层间距大,这是由层间阴离子尺寸决定的。二、采用离子交换法制备出P2R插层摩尔比不同的MgAl-Cl-LDHs产物,XRD测试表明插层产物的层间距在1.67-1.69nm,较前驱体层间距明显增大,结合FT-IR、UV-vis等表征手段表明插层成功。TEM和SEM结果表明插层产物结构完整,仍然具有六角片状结构。通过TG-DTA测试发现插层后染料的热稳定性较纯染料提高了80℃。以P2R-Mg2Al-Cl-LDHs为例,从紫外吸收谱、吸光系数、耐光性等方面测试,发现插层产物的光稳定性也有所提高,这是由于主体层板对客体P2R阴离子起到了限域和保护的作用。三、采用离子交换法制备出MO插层摩尔比不同的MgAl-Cl-LDHs产物,XRD、FT-IR、SEM和TEM等测试表明结构完整,晶形较好。插层产物的层间距(2.43-2.63nm)较前驱体的明显增大,说明MO成功插入层间。通过TG-DTA测试发现插层产物的热稳定性较纯染料略有提高,提高了15℃。以MO-Mg2Al-Cl-LDHs为例,利用紫外分光光度计测试了吸光度随紫外光照时间的变化,结果表明LDHs的引入加速了MO染料的光降解,起到了光催化的作用,MO插层前的分解率为65%,插层后分解率为95%。四、采用结构重建法制备了MR插层摩尔比不同的MgAl-Cl-LDHs产物,插层后产物的层间距(2.06-2.12nm)增大,结合FT-IR、SEM和TEM, MR分子完全取代了前驱体层间的Cl。TG-DTA测试表明插层产物的热稳定性提高了90℃,这是由层板的限域作用及主-客体相互作用导致的。以MR-Mg2Al-Cl-LDHs为例,从紫外吸收谱、吸光系数、耐光性等方面测试,发现插层产物的光稳定性也有所提高。偶氮类有机染料的光热稳定性较差,利用类水滑石特殊的层状结构可有效解决此问题,因此近年来染料插层类水滑石纳米复合材料是功能材料领域的研究热点,有望在生物医学、激光技术、电子工业、光电转换等高科技领域发挥着越来越重要的作用。
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