水相中类水滑石层板剥离研究

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二维纳米片在磁、光、电、催化、以及其他领域拥有巨大的应用潜力。将层状结构的材料进行层板剥离,是制备纳米片的重要方法之一。类水滑石(LDHs)是由显正电的氢氧化物层与层间的阴离子利用静电作用组成的。传统上,LDHs纳米片是在甲酰胺溶剂中进行制备的。由于甲酰胺沸点较高,且具有一定毒性,因而在水相中剥离制备LDHs纳米片引起人们兴趣。然而,LDHs层板间强烈的静电作用使其在水相中难以剥离,有关LDHs水相剥离方法和机理鲜见报道。
  本文基于静电排斥机理,研究了利用两性表面活性剂在水相实现LDHs层板剥离的过程,借助x射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重/差示扫描量热分析(TG/DSC)、透射电子显微镜(TEM)等技术表征了插层的LDHs和LDHs纳米片,并提出了剥离机理。本文主要的研究内容及结论如下:
  (1)以辛酰两性乙酸钠(SC),月桂酰两性乙酸钠(SL)两性表面活性剂为插层有机阴离子,以水热法、共沉淀法制备的MgAl-LDHs为插层对象,研究了SC、SL对不同制备方法所得MgAl-LDHs的插层过程。XRD和FT-IR结果证明SL和SC成功插入MgAl-LDHs层间。
  (2)在测定SC、SL等电点的基础上,通过调节水相pH低于等电点,在水相中实现了LDHs的剥离。XRD结果证明了LDHs剥离成功,所得纳米片在水中具有明显的丁达尔效应,其形貌用TEM进行了表征。
  (3)在碱性环境中,SC、SL呈现阴离子特性,因而可以通过离子交换法、共沉淀法将其插层到LDHs层板中。插层结果使层间距增大,降低了层板间相互作用力。在水相中调节pH值低于SC、SL等电点,将使LDHs层间的SC、SL转变为阳离子特性,进而通过静电斥力实现LDHs层板剥离。
  本文研究水相中LDHs的剥离不需要加热、超声振荡等条件,也不采用有机溶剂,研究结果提供了一种水相中制备LDHs的纳米片的新方法,并有助于拓宽两性表面活性剂的应用领域。
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