水滑石生长机理
水滑石概述——精选推荐
⽔滑⽯概述1.1 ⽔滑⽯概述⽔滑⽯类层状化合物是⼀类近年来发展迅速的阴离⼦型粘⼟，⾃然界含量很少，是⼀类由带正电荷的⽔镁⽯层结构和层间填充带负电荷的阴离⼦所构成的层柱状化合物，具有⼴阔应⽤范围。
它具有与蒙脱⼟类阳离⼦粘⼟类似的层状结构，不同的是⾻架为阳离⼦，层间为阴离⼦，显碱性，层间距可通过填充离⼦半径不同的阴离⼦来调变。
由于它们的主体成分⼀般是由两种⾦属的氢氧化物构成，因此⼜称其为层状双⾦属氢氧化物(Layered Double Hydroxides，简称LDHs)。
⽐较常见的Mg/Al 组分的LDHs，称为⽔滑⽯(Hydrotalcite，简称HT)；其它组分的LDHs 也可称为类⽔滑⽯(Hydrotalcite like compound，简称HTlc)；它们的层插化学产物称为柱撑⽔滑⽯(Pillared Hydrotalcite)。
⽔滑⽯、类⽔滑⽯和柱撑⽔滑⽯统称为⽔滑⽯类材料。
可以通过调变⾦属离⼦和阴离⼦种类、⼤⼩等，改变⽔滑⽯类层状化合物的化学和物理性质，从⽽制得不同性能的材料。
⽔滑⽯于1842年在瑞典⾸次被发现，它是⼀种碳酸型镁铝双氢氧化物，在⾃然状态下以叶状和旋转板状或纤维团状形式存在。
在发现⽔滑⽯的同时，另⼀种由镁铁组成的碳酸型双氢氧化物也被发现，这种物质和其它含有不同物质组成的矿物质⼀样与⽔滑⽯具有基本相同的结构和相似的特征。
佛罗伦萨⼤学的矿物学教授E.Manasse⾸先提出⽔滑⽯及其它同类型矿物质的化学式，他提出⽔滑⽯的精确简式Mg6A12(OH)16CO3·4H2O，并且认为碳酸根离⼦是必不可少的。
这种观点在那时⽐较流⾏，并且持续了很多年。
直到1941年，弗罗德的⼀篇题为“Constitution and polymorphism of the Pyroarite and Sj ogrenite Groups”的发表，这些矿物质的组成及它们之间的关系才真正被认清。
锌铝类水滑石的层板生长和超分子作用的理论研究的开题报告
锌铝类水滑石的层板生长和超分子作用的理论研究的开题报告一、研究背景锌铝类水滑石是一种特殊的层状物质，由三维骨架结构相同的层板状物质组成，层板之间通过离子键相连，构成堆积结构。
锌铝类水滑石具有多种独特的性质和应用前景，如酸催化剂、膨胀性催化剂、吸附剂、膜材料等。
锌铝类水滑石的层板生长和超分子作用是其重要性质之一。
层板生长是指锌铝类水滑石的各层板之间的生长过程，而超分子作用则是指分子之间的一种非共价相互作用形式，如范德华力、静电吸引力、氢键相互作用等。
这些过程对于锌铝类水滑石的性质、结构和应用有着重要的影响。
因此，对于锌铝类水滑石的层板生长和超分子作用的理论研究具有重要的理论和实际意义。
二、研究目的本研究旨在探究锌铝类水滑石的层板生长和超分子作用机制，为其应用提供理论基础和指导。
三、研究方法和步骤1.文献调研和资料收集。
对于锌铝类水滑石的相关研究资料进行收集和归纳，包括理论研究和实验研究。
2.理论计算研究。
采用量子化学计算方法对锌铝类水滑石的层板生长和超分子作用进行计算和模拟，并分析其机理和影响因素。
3.实验研究。
采用实验方法探究锌铝类水滑石的层板生长和超分子作用的实验现象，如放大成像、晶体生长等。
4.数据分析和结果验证。
根据实验和理论计算的结果进行数据分析和结果验证，探究锌铝类水滑石的层板生长和超分子作用机制，揭示其内在联系和影响因素。
四、研究意义本研究可以为锌铝类水滑石的理论研究和实际应用提供重要的参考和指导，有助于深化对于该物质的认识和掌握，并拓宽其应用领域。
五、预期成果本研究预期可以揭示锌铝类水滑石的层板生长和超分子作用机制，并提出其在催化、吸附、膜技术等方面的应用前景，可望取得理论和实践上的重要成果。
制备水滑石的方法
制备水滑石的方法嘿，朋友，今天我来给你唠唠水滑石的制备方法，那可真是化学世界里一场奇妙的“魔术表演”呢。
首先呢，共沉淀法就像是一场集体跳伞。
把含有构成水滑石的金属离子的盐溶液混合在一起，就好比把一群性格各异的小伙伴凑到了一块儿。
然后慢慢加入沉淀剂，这沉淀剂就像一个指挥家，一声令下，金属离子们就纷纷“抱成团”，从溶液这个“天空”中降落下来，形成水滑石的前驱体。
这个过程可不能太快哦，就像跳伞的时候要慢慢来，不然就乱套啦。
接下来是水热合成法，这就像是把材料放进一个高温高压的“魔法高压锅”里。
把前驱体放在密封的反应釜中，提高温度和压力，就像给这些小粒子们创造了一个超级刺激的环境。
在这个“魔法高压锅”里，粒子们受到强大的力量驱使，乖乖地按照水滑石的结构排列起来，就像一群调皮的孩子被老师训得规规矩矩的。
还有离子交换法呢。
想象一下，水滑石就像一个装满宝藏的宝箱，不过这个宝箱有一些小空间可以交换东西。
把已经做好的水滑石放到含有其他离子的溶液里，那些离子就像一群小偷，偷偷摸摸地钻进宝箱里，把原来的离子给替换出来，这样就得到了成分不同的水滑石啦。
溶胶 - 凝胶法也很有趣哦。
把金属醇盐等原料混合在一起，就像是在做一锅特殊的“化学粥”。
慢慢地水解和缩聚反应就开始了，就像粥在慢慢变稠。
最后形成的凝胶就像一块软软的果冻，经过干燥和煅烧后，就变成了我们想要的水滑石，这过程就像把果冻变成了一块硬邦邦的糖果。
尿素分解法也有它的独特之处。
尿素就像一个慢性子的小炸弹，在溶液里慢慢分解，释放出氢氧根离子。
这个过程就像一场慢条斯理的烟花秀，氢氧根离子一点点地出现，然后和金属离子结合，逐渐构建起水滑石的结构，就像搭积木一样，一块一块地慢慢搭成一个完整的水滑石大厦。
微乳液法像是在微观世界里玩一场捉迷藏。
把反应体系做成微乳液，就像把反应场地分成了一个个小小的“房间”。
金属离子和反应试剂就在这些“房间”里偷偷摸摸地反应，最后形成水滑石，就像在小角落里偷偷做成了一个小宝贝。
水滑石生长条件
水滑石生长条件水滑石是一种自然界中常见的矿物，具有类似膨润土的属性。
在矿物学中，水滑石属于硅酸盐矿物，化学式为Mg3Si4O10(OH)2。
在自然条件下，水滑石的生长主要受到以下几个要素的制约：温度、pH值、离子浓度、溶液成分和生长时间等。
温度是水滑石生长的重要因素之一，因为水滑石的晶体结构是由层状的硅氧簇和镁离子层交替排列形成的。
温度的变化会直接影响水滑石结晶中的离子运动速率，从而影响水滑石结晶的速度和质量。
通常情况下，水温较低，水滑石的生长速度较慢，而温度升高则会加速水滑石生长的速度。
pH值也是影响水滑石生长的重要因素之一。
水滑石在中性到碱性条件下稳定，但在酸性条件下易被溶解，因此pH值的变化直接影响水滑石的形成和生长。
适宜的pH值范围为7.5~10.5，此时水滑石的生长速度较快，晶体形状和质量也较好。
离子浓度也是影响水滑石生长的关键因素之一。
水滑石的结晶主要是靠镁、硅和氢氧根等离子体在水溶液中的互相作用形成的。
当溶液中的离子浓度过高或过低时，会影响到晶体的正常形成和生长。
因此，对于水滑石生长的离子浓度需要控制在适当的范围内才能促进水滑石的生长。
溶液成分也是影响水滑石生长的因素之一。
溶液成分包括水质、溶液中所含的离子物种、有机物质等。
不同的组合、浓度和温度会对水滑石结晶的形成和生长产生不同的影响。
普遍认为，水质干净、溶液中无杂质的情况下，水滑石的结晶和生长更容易进行。
生长时间也是影响水滑石生长的重要因素之一。
时间的长短会直接影响到水滑石晶体的大小和形状。
而且当溶液在生长一段时间之后，对水滑石结晶的影响也会逐渐增大，从而影响到晶体的形状和质量。
综上所述，水滑石的生长受到诸多因素的影响，其中温度、pH值、离子浓度、溶液成分和生长时间等是影响水滑石结晶的关键因素。
若想促进水滑石晶体的生长，需要在这些要素的基础上进行控制和调整，从而得到理想的晶体形态和品质。
水滑石的合成及应用研究
水滑石的合成及应用研究水滑石的合成及应用研究（北京化工大学应用化学）前言；介绍了水滑石类化合物的结构和性质，综述了水滑石类化合物的制备方法及其在催化材料、红外吸收材料、萦外阻隔材料、胆燃抑烟材料、热德定剂、生物医药材料、分离与吸附材料等方面的应用研究进展，并指出了当前水滑石类化合物制备与应用研究中存在的问题.关键词；水滑石类化合物层状双金属氢氧化物合成与制备应用Research and Application Progress of Hydrotalcite-like Compounds Abstract; Water talc is a kind of layered double hydroxyl compound metal oxides is the HT and HTLCs Because of its special crystal chemical properties, it has good thermal stability, adsorption and ion exchange sex, widely used in chemical,material, environmental protection and medicine, etc. There is introduces the structure and properties of hyrotalcite-like compounds, then reviews the research and application progress in its preparation and application as catalytic materials, infrared absorption materials, ultraviolet blocking materials, flame retardant and smoke suppressant materials, heat stabilizer, biomedical materials, separation and adsorption materials in recent years. The problems related to the preparation and application of hydrotalcite-like compounds are also discussedKey words ： hydrotalcite-like compound, layered double hydroxides, preparation, application水滑石（Layered Double Hydroxides 简称LDHs），其化学组成[M2+1- xM3+x （OH）2]x+（Ax/nn-）. mH2O（M2+，M3+分别代表二价和三价金属阳离子，下标x 指金属元素的含量变化，An- 代表阴离子），是一类典型的阴离子层状材料，其主体一般是由两种或两种以上金属的氢氧化物构成类水镁石层，层板内离子间以共价键连接，层间阴离子以弱化学键与层板相连，起着平衡骨架电荷的作用[1]. 水滑石类化合物为阴离子型层状化合物，层间具有可交换的阴离子，主要由水滑石(Hydrotalcite, HT)、类水滑石（Hydrotalcite-like compound, HTLC)和它们的插层化学产物—插层水滑石构成。
水滑石——精选推荐
水滑石的制备及应用研究摘要：水滑石及类水滑石化合物具有特殊的层状结构及物理化学性质，具有孔径可调变的择形吸附的催化性能，在吸附、催化领域中占有重要位置。
综述了水滑石的结构、合成方法和应用。
自然界存在的水滑石是镁、铝的羟基碳酸化物，后来人们合成了各种类型的类水滑石化合物(hydrotalcite-like compounds，简称HTLcs)，是水滑石中的Mg2+，Al3+，被其他同价离子同晶取代后的化合物，它在结构上与水滑石相同。
由于HTLcs具有离子交换性，又具有孔径可调变的择形吸附的催化性能，近年来越来越受人们重视。
近年来，对于层状双金属氢氧化物(Layerdouble hydroxides简称LDHs)的研究已成为材料科学领域的热点，水滑石及类水滑石化合物因具有特殊的层状结构及物理化学性质，在吸附、催化领域中占有重要位置，对它研究也越来越多。
1 结构水滑石分子组成是Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O，它是一种阴离子型层状化合物。
水滑石中的Mg2+、A13+被M2+、M3+同晶取代得到结构相似的一类化合物，称为类水滑石，分子通式：M2+1-XM3+X(OH)2(An-)X/n·yH2O，其中M2+=Mg2+、Ni2+、Co2+、Zn2+、Cu2+等；M3+=Al3+、Cr3+、Fe3+、Sc3+等；An-为在碱性溶液中可稳定存在的阴离子，如：C032—、NO3—、Cl—、OH—、S042—等；x=0.2～0.33，y=0～6。
不同的M2+和M3+，不同的填隙阴离子A—，便可形成不同的类水滑石。
其结构非常类似于水镁石Mg(OH)2，由MgO6八面体共用棱形成单元层，位于层上Mg2+、Al3+、OH—层带有正电荷。
层间有的Mg2+可在一定范围内被A13+同晶取代，使交换的阴离子CO32-与层板上的正电荷平衡，使得这一结构呈电中性。
此外，在氢氧化物层中同时存在着一些水分子，这些水分子可以在不破坏层状结构的条件下去除。
纳米晶MgAl水滑石的水热合成及合成机理
医药、纳米材料、功能高分子材料等领域受到广泛 的重视［１－－４１．
制备ＬＤＨｓ型化合物的方法主要有共沉淀法、 溶胶一凝胶法、水热法、焙烧复原法和离子交换法 等”］，其中最常用的是共沉淀法，即Ｍ２＋和Ｍａ＋ 的可溶性盐溶液在较强的碱性条件下发生共沉淀 反应而成．共沉淀法制备的ＬＤＨｓ结晶度较低，粒 度细小，须经过陈化、水热反应等后处理，操作复 杂繁琐．溶胶一凝胶法制备过程中要使用有机溶 剂，成本高，且产物的结晶度低．焙烧复原法和离子 交换法属于间接合成法，主要是用已合成的ＬＤＨｓ
晶粒度是纳米材料的重要物理参数，与合成 工艺有密切的关系．采用全谱拟合法程序ＴＯＰＡＳ
Ｐ（Ｖ２．１）中的基本参数法（ＦＰＡ）［１２］，对步进扫描获得 的数字衍射谱进行处理，求得Ｌ００３和Ｌｎｏ，其中， Ｌ００３代表垂直于Ｍｇ。Ａ１ ＬＤＨｓ层面方向上的厚度， Ｌ１１０代表平行于晶粒层面方向上的厚度，ＬｌｌＯ／Ｌ００３ 为径厚比．不同条件下制备的Ｍｇ－Ａ１ ＬＤＨｓ晶粒度 见表２和表３．
万方数据
２０／ｆ。）
图４不同Ｍｇ、Ａ１源制备的Ｍｇ－Ａ１ ＬＤＨｓ的ＸＲＤ 图谱 Ｆｉｇ．４ ＸＲＤ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｆｏｒ Ｍｇ－Ａ１ ＬＤＨｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ
１０
２０
３０
４０
５０
６０
７０
２０／（ｏ）
图５以Ｎａ２Ｃ０３和ＮａＨＣ０３为反应物制备的Ｍｇ－Ａ１ ＬＤＨｓ的ＸＲＤ图谱 Ｆｉｇ．５ ＸＲＤ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｆｏｒ Ｍｇ－Ａ１ ＬＤＨｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ
２实验部分
２．１实验原料及方法 镁源选择ＭｇＯ、 Ｍｇ（ＯＨ）２和（ＭｇＣ０３）４
Ｍｇ（ＯＨ）２．５Ｈ２０（碱式碳酸镁）；铝源选择ＡＩ（ＯＨ）３和 Ａ１２０３；其余起始物有ＮａＯＨ、Ｎａ２Ｃ０３、ＮａＨＣＯａ 和去离子水．所用试剂均为Ａ．Ｒ级．将计量的各反 应物加入２３ｍＬ内衬聚四氟乙烯的压力釜中混合， 充分搅拌，在控温加热箱中加热一定时间，自然冷 却至室温．所得产物抽滤、水洗，６０。Ｃ干燥． ２．２产物表征
水滑石的制备方法
共沉淀法共沉淀法是最常用的合成类水滑石化合物的方法。
此法是以可溶性金属离子盐溶液与碱溶液反应生成沉淀物，晶化后过滤、洗涤、干燥后制得。
金属离子盐主要采用含M2 +、M3 + 的硝酸盐、硫酸盐、氯化物等可溶性盐; 碱溶液可用氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、碳酸钠、碳酸钾、尿素等。
反应过程必须在过饱和状态下进行。
例如王龙等用0． 2 mol Mg ( NO3) 2·6H2O 和0． 05 mol Al( NO3) 3·9H2O 配成盐溶液，以NaOH 和Na2CO3配成碱溶液，将两溶液以1 滴/s 速度滴加至烧杯中，恒温40 ℃，pH 值保持在9 ～ 10 之间，滴加完毕后搅拌1 h，于60 ℃晶化12 h 抽滤后洗涤至中性，将沉淀烘干得到Mg /Al 水滑石。
该合成方法的关键在于调节溶液的pH 值，pH 值是根据水滑石类化合物中低价金属和高价金属的氢氧化物的溶度积常数确定的。
共沉淀法具有以下优点: ①此方法可以在常温常压下进行; ②几乎所有的M2 +、M3 + 都可以用此方法制备相应的LDHs，并且产物中的M2 + /M3 + 值和初始加入盐的比例相同; ③通过选择不同种类的盐可以得到层间不同阴离子的LDHs水热合成法水热合成法是指在密闭的压力容器中，温度为100 ～ 1 000 ℃、压力为1 MPa ～1 GPa 条件下利用水溶液中物质溶解或反应生成该物质的溶解产物并达到过饱和态而结晶生长的方法。
用共沉淀法制备LDHs，由于沉淀粒子是渐次产生，从第一个粒子的形成到最后一个粒子的产生，其时间相差很大，必然导致粒子大小不均。
为了最大限度的保证水滑石的生长环境一致，Ts Stanimirova提出水热法来合成LDHs。
它是将M2 +、M3 + 盐的混合液和沉淀剂快速混合成核，把得到的浆液迅速放入高压釜中，将高压釜放入烘箱中，在一定温度下晶化一段时间后，经过滤、洗涤、干燥得到LDHs。
该方法可使水滑石的成核与晶化过程分开，使其更好的结晶，并可以通过对晶化温度和晶化时间的调节，有效控制晶相结构及晶粒尺寸，大大缩短了水滑石的合成时间。
05论文正文-水滑石介绍
前言多年来，高效人工模拟制造天然酵素一直是各个学科领域的科学家们具有挑战性的课题，天然过氧化物酶在实际应用中有很大的潜力，并且已经应用于生物化学各个领域。
但是，作为自然酶，成本昂贵，具有不稳定的生物降解性和极易变性。
因此产生了使用简单的过氧化物酶模拟与改进稳定性和效率。
血红素是天然过氧化物酶的活性中心，并且具有过氧化物酶的活性。
与天然过氧化物酶相比，血红素具有热稳定性并且容易制备成本低。
血红素没有显示出令人满意的活性，主要是因为缺乏天然过氧化物酶存在的肽微环境。
因此通过寻找制成材料为血红素提供生物相容性和良好的肽微环境以提高血红素的活性成为科学家的研究方向。
随着人们对此类研究的深入，科学家发现层状双金属氢氧化物（LDH）是由相互平行的层板组成，层板间带有永久正电荷，层间拥有可交换的阴离子以维持电荷的平衡。
这种独特的晶体结构和层间离子的可交换性，使其通过离子交换可以向层间引入不同基团，制备各种功能材料，其催化作用尤为突出。
因此层状双金属氢氧化物（LDH）通常被用作辅助材料装载血红素以为其提供良好的肽微环境。
而组氨酸、β-环糊精等也具有良好的催化作用。
因此，我们尝试将血红素与LDH以及组氨酸或β-环糊精组装在一起以比较其催化效果。
1.文献综述1.1层状双金属氢氧化物概述层状双金属氢氧化物(简称LDHs)主要是指层状镁铝双金属氢氧化物，俗称水滑石，其骨架是阳离子，而层间是阴离子，佛罗伦萨大学的E.Manasse提出水滑石及其它同类型矿物质的化学式，1942年Feitknecht等通过金属盐溶液与碱金属氢氧化物反应合成了LDHs，提出了双层结构的设想[1]。
直到1969年Allmann等通过单晶X射线衍射试验测试并确定了LDHs层状结构。
随着人们对此类化合物研究的深入，科学家发现LDH具有特殊的层状结构、层间距具有可调性，层板内阴离子数量与种类的多样性以及与其他材料的生物相容性等特性，广泛地应用于催化反应中[2]。
水热法制备棒状水滑石
水热法制备棒状水滑石第25卷第12期2008年12月精细化工F I NE CHE M I CAL SVol.25,No.12Dec.2008功能材料水热法制备棒状水滑石3黄智,廖其龙3,王素娟(西南科技大学材料科学与工程学院,四川绵阳621010)摘要:用常规方法制备的水滑石(简称LDH)为六角片状结构。
通过130℃水热晶化制备了长径比在10～40、分散性良好、相组成均一和高结晶度的棒状LDH颗粒。
其棒状结构包括圆柱形、四角柱形及管状,圆柱和四角柱的直径均在1μm左右,长度在10～40μm。
圆柱和四角柱的表面光滑,分散性良好。
这主要是由于高温高压的环境打破了常规晶化的热力学平衡,改变了晶体的生长条件。
该制备方法简单易行,所得的棒状LDH在塑料添加剂、阻燃剂、农药控释和油田开发等领域有重要应用价值,对LDH的形貌控制也提供了有益启示。
关键词:水滑石;棒状;水热法;功能材料中图分类号:O643 文献标识码:A 文章编号:1003-5214(2008)12-1168-04Prepara ti on of Rod2like Hydrot a lc ite by Hydrotherma l M ethodHUANG Zhi,L IAO Q i2l ong3,WANG Su2juan(School of M aterial Science and Engineering,Southw est U niversity of Science and Technology,M ianyang621010, S ichuan,China)Abstract:Layered double hydr oxides(LDH)synthesized by conventi onal methods has usually hexagonal p latelet mor phol ogy.I n this paper,the r od2like LDH,about10～40in rati o of lengtht o dia meter,well dis persed with unif or m phase compositi on and high crystallinity,was p repared using hydr other mal crystallizati on method.The m icr ostructures of r od2like LDH are columnif or m,quadrangular and tubular.The dia meter of columnif or m and quadrangular column is about1μm and the length is10～40μm.The surface is s mooth and the dis persi on is very well.A ll this may be contributed t o the hydr other mal crystallizati on method which under high temperature and high p ressure breaks down the ther modyna m ic balance and changes the crystal gr owth conditi ons of the conventi onal methods.This method is si m p le and ap t.The p r oduct of r od2like LDH has significant app licati on value in the fields of additives of p lastic,fla me retardants,contr olled2release of pesticide,oil field exp l oitati on,etc.This research als o p r ovides beneficial revelati on about mor phol ogy contr ol of LDH.Key words:hydr otalcite;r od2like;hydr other mal method;functi onal materialsFounda ti on ite m s:Support by the nati onal natural science foundati on of China(10476024)and doct or foundati on of Southwest University of Science and Technol ogy(07ZXD109) 层状双金属氢氧化物(Layered double hydr oxide,简称LDH)[1],即阴离子黏土其通式为:[M2+1-x M3+x(OH)2]x+A n-x/nm H2O。
水滑石概述
水滑石类化合物编辑词条参与讨论(1条)水滑石类化合物包括水滑石（Hydrotalcite）和类水滑石（Hydrotalcite-Like Compounds），其主体一般由两种金属的氢氧化物构成，又称为层状双羟基复合金属氧化物（Layered DoubleHydroxide，LDH）。
水滑石的插层化合物称为插层水滑石。
水滑石、类水滑石和插层水滑石统称为水滑石类插层材料。
目录[隐藏]水滑石••历史发展••结构特征••主要性质••插层组装方法••结构表征方法••应用前景水滑石类化合物-历史发展LDHs的发展已经历了一百多年的历史，但直到二十世纪六十年代才引起物理学家和化学家的极大兴趣。
1842年，Hochstetter首先在片岩矿层中发现了天然水滑石矿物。
后来又相继在挪威的Sunarum地区以及俄罗斯的Ural地区发现了少量的天然水滑石矿。
在二十世纪初，人们发现了LDH对氢加成反应具有催化作用，并由此开始了对LDH结构的研究。
1942年，Feitknecht等首次通过金属盐溶液与碱金属氢氧化物反应人工合成出了LDH，并提出了双层结构模型的设想。
1966年，Kyowa公司首先将LDH的合成工业化。
1969年，Allmann等通过测定LDH单晶结构，首次确认了LDH的层状结构。
七八十年代时，Miyata等对其结构进行了详细研究，并对其作为新型催化材料的应用进行了探索性的工作。
在此阶段，Taylor和Rouxhet还对LDH热分解产物的催化性质进行了研究，发现它是一种性能良好的催化剂和催化剂载体。
Reichle等研究了LDH及其焙烧产物在有机催化反应中的应用，指出它在碱催化、氧化还原催化过程中有重要的价值。
进入二十世纪九十年代，人们对LDHs的研究更为迅速。
随着现代分析技术和测试手段的广泛应用，人们对LDHs结构和性能的研究不断深化，对LDHs层状结构的认识加深，其层状晶体结构的灵活多变性被充分揭示。
特别是近年来，基于超分子化学定义及插层组装概念，有关LDHs的研究工作获得了更深层次上的理论支持，在层状前体制备、结构表征、超分子结构模型建立、插层组装动力学和机理、插层组装体的功能开发等诸方面得到了许多具有理论指导意义的结论和规律。
水滑石的应用原理
水滑石的应用原理1. 什么是水滑石水滑石，又称滑石或滑石粉，是一种具有滑溜手感的矿石。
其化学名为滑石矿，其主要成分是硅酸镁。
水滑石具有良好的滑动性和稳定性，被广泛应用于多个领域。
2. 水滑石的应用领域2.1 化妆品水滑石广泛用于化妆品中，其滑润的触感使得化妆品更易于涂抹于皮肤上。
水滑石在粉底、面霜、口红等产品中被用作填充剂和保湿剂，使得产品更加滋润且易于涂抹。
2.2 医药水滑石在医药领域应用广泛。
其具有一定的吸附性能，被用作制备药物缓释剂、止血剂等。
此外，水滑石也被用作制剂辅料，能够增加药物的稳定性和易服性。
2.3 润滑剂水滑石在润滑剂领域的应用十分重要。
它能够降低摩擦系数，提供平滑的表面，用于润滑机械设备。
水滑石涂层能够减少金属之间的接触和磨损，延长设备的使用寿命。
2.4 塑料工业水滑石也在塑料工业中得到广泛应用。
由于水滑石具有良好的PE材料相容性和高的熔点，它被用于填充或增强塑料制品，如塑料薄膜、管材和塑料制品等。
2.5 建筑材料水滑石可通过粉状的形式应用于建筑材料中。
它能够提高建筑材料的柔韧性和抗裂强度，并增加其耐候性和耐蚀性。
水滑石粉末还可用于涂料、水泥和人工石材等。
2.6 食品工业在食品工业中，水滑石被用作食品添加剂。
由于其无毒且具有较强的吸湿性能，水滑石被用于调节食品的质地、改善口感和保湿食品。
3. 水滑石的应用原理水滑石的应用原理主要与其表面活性有关。
水滑石表面具有一定的油脂吸附能力，能够吸附和固定润滑剂。
其结构中的镁离子和油脂之间发生离子键的作用，使得水滑石具有良好的润滑性能。
此外，水滑石粉末的微细颗粒结构和表面形态也起到了重要的作用。
细小的颗粒能够填充材料的微缝和孔隙，增加材料的密度和密实性。
而特殊的表面形态可以提供更大的表面积，增加与其他物质的接触面，进一步提高水滑石的润滑性能。
4. 如何选择合适的水滑石在选择水滑石时，需要考虑以下几个因素：•粒度：根据具体应用需要选择合适的粒度。
添加Al(NO3)3_对镁合金表面水滑石蒸汽涂层耐蚀性能的影响
第53卷第9期表面技术2024年5月SURFACE TECHNOLOGY·43·添加Al(NO3)3对镁合金表面水滑石蒸汽涂层耐蚀性能的影响马言耀，潘仕琪，张芬*，崔蓝月，李硕琦，刘成宝，曾荣昌*（山东科技大学 材料科学与工程学院，山东 青岛 266590）摘要：目的研究原位蒸汽法制备层状双金属氢氧化物（LDH）的反应机理，以及添加Al(NO3)3对AZ91D 镁合金表面水滑石蒸汽涂层耐蚀性的影响和耐蚀机理。
方法在蒸汽源中添加不同浓度的Al(NO3)3，以提供Al3+，采用原位蒸汽法在150 ℃下进行5 h水热反应，在AZ91D镁合金表面制备水滑石蒸汽涂层。
使用XRD、FT-IR、SEM、EDS 等测试手段对水滑石蒸汽涂层进行表征，通过动电位极化、电化学阻抗和盐雾试验，研究水滑石蒸汽涂层的生长机理及腐蚀机理。
结果基于不同浓度梯度的Al(NO3)3，在AZ91D镁合金表面成功制备了水滑石蒸汽涂层，涂层的主要组成物相为Mg(OH)2、Mg-Al-NO3−LDH、Mg-Al-CO32−LDH。
Al(NO3)3/LDH相较于未添加Al(NO3)3得到的LDH，其生长均匀、结构致密，耐腐蚀性能由大到小的顺序为LDH-100、LDH-200、LDH-50、LDH-20、LDH、AZ91D镁合金。
水滑石蒸汽涂层的腐蚀产物主要为Mg(OH)2、MgCO3。
结论在添加100 mmol/L的Al(NO3)3作为蒸汽源时，充足的Al3+保证了合成结构致密水滑石的需要，副产物最少，且耐蚀性最好。
最后，讨论了水滑石蒸汽涂层的生长机理和腐蚀机理。
关键词：镁合金；水滑石；原位蒸汽法；耐蚀性能；成膜机理中图分类号：TG174 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)09-0043-13DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.09.005Effect of Al(NO3)3 on the Corrosion Resistance of LDH SteamCoatings on Magnesium Alloy SurfaceMA Yanyao, PAN Shiqi, ZHANG Fen*, CUI Lanyue, LI Shuoqi,LIU Chengbao, ZENG Rongchang*(School of Materials Science and Engineering, Shandong University of Science andTechnology, Shandong Qingdao 266590, China)ABSTRACT: Magnesium and its alloys, due to their remarkable biodegradability and mechanical properties, particularly their specific strength, have gained widespread attention and are being increasingly utilized as a green engineering material. However, their reactive chemical nature makes them susceptible to corrosion, limiting their widespread application. Surface modification techniques now serve as an effective means of enhancing the corrosion resistance of magnesium alloys. Layered double hydroxide (LDH), a layered structural material, has the ability to adsorb corrosive ions, thus protecting the magnesium alloy收稿日期：2023-11-15；修订日期：2024-03-04Received：2023-11-15；Revised：2024-03-04基金项目：国家自然科学基金（51601108，52071191）Fund：National Natural Science Foundation of China (51601108, 52071191)引文格式：马言耀, 潘仕琪, 张芬, 等. 添加Al(NO3)3对镁合金表面水滑石蒸汽涂层耐蚀性能的影响[J]. 表面技术, 2024, 53(9): 43-55.MA Yanyao, PAN Shiqi, ZHANG Fen, et al. Effect of Al(NO3)3 on the Corrosion Resistance of LDH Steam Coatings on Magnesium Alloy Surface[J]. Surface Technology, 2024, 53(9): 43-55.*通信作者（Corresponding author）·44·表面技术 2024年5月substrate. Reports indicate that the Al content in magnesium alloys can affect the LDH content in steam coatings, which in turn affects the corrosion resistance of these coatings. However, the impact of introducing Al outside the magnesium alloy substrate on corrosion resistance remains unclear.The work aims to investigate the in-situ steam synthesis mechanism of LDH and assess how the Al(NO3)3 affects the corrosion resistance and mechanism of LDH steam coatings on AZ91D magnesium alloy surfaces. An in-situ steam method was used to deposit LDH steam coatings on AZ91D magnesium alloy surfaces.This process involved a steam reaction at 150 ℃for 5 hours, during which different concentrations of Al(NO3)3 were added to the steam source solution to generate Al3+. The LDH steam coatings were characterized by XRD, FT-IR, SEM and EDS. Potentiodynamic polarization, electrochemical impedance spectroscopy, and salt spray tests were utilized to evaluate their growth mechanism, corrosion resistance, and corrosion mechanism. The results indicated that LDH steam coatings were successfully deposited on the surface of AZ91D magnesium alloy with different concentration gradients of Al(NO3)3. The main constituent phases of the coatings were Mg(OH)2, Mg-Al-NO3− LDH, and Mg-Al-CO32− LDH. When compared to LDH obtained without Al(NO3)3, the growth of Al(NO3)3/LDH was uniform and the structure was dense.The order of corrosion resistance of LDH-100, LDH-200, LDH-50, LDH-20, LDH, AZ91D magnesium alloy was determined through potentiodynamic polarization, electrochemical impedance, and salt spray tests. The corrosion products of the LDH steam coatings primarily consisted of Mg(OH)2 and MgCO3. When a 100 mmol/L concentration of Al(NO3)3 was used as the steam source, sufficient Al3+ participated in the nucleation and growth of LDH, leading to the synthesis of LDH with the best corrosion resistance. This improvement was attributed to the appropriate concentration of Al3+ promoting the formation of LDH steam coatings with fewer by-products and a dense structure.A discussion on the growth mechanism and corrosion mechanism of LDH steam coatings was also provided. The LDHsteam coatings prepared with Al(NO3)3 as a steam source demonstrates great potential for application on the surface of magnesium alloys as green engineering materials.KEY WORDS: magnesium alloy; layered double hydroxide; in-situ steam method; corrosion resistance; film-forming mechanism近年来，镁及其合金因其比强度高、阻尼性优良等特性而具有巨大的应用潜力[1-5]。
水滑石概述
1.1 水滑石概述水滑石类层状化合物是一类近年来发展迅速的阴离子型粘土，自然界含量很少，是一类由带正电荷的水镁石层结构和层间填充带负电荷的阴离子所构成的层柱状化合物，具有广阔应用范围。
它具有与蒙脱土类阳离子粘土类似的层状结构，不同的是骨架为阳离子，层间为阴离子，显碱性，层间距可通过填充离子半径不同的阴离子来调变。
由于它们的主体成分一般是由两种金属的氢氧化物构成，因此又称其为层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides，简称LDHs)。
比较常见的Mg/Al 组分的LDHs，称为水滑石(Hydrotalcite，简称HT)；其它组分的LDHs 也可称为类水滑石(Hydrotalcite like compound，简称HTlc)；它们的层插化学产物称为柱撑水滑石(Pillared Hydrotalcite)。
水滑石、类水滑石和柱撑水滑石统称为水滑石类材料。
可以通过调变金属离子和阴离子种类、大小等，改变水滑石类层状化合物的化学和物理性质，从而制得不同性能的材料。
水滑石于1842年在瑞典首次被发现，它是一种碳酸型镁铝双氢氧化物，在自然状态下以叶状和旋转板状或纤维团状形式存在。
在发现水滑石的同时，另一种由镁铁组成的碳酸型双氢氧化物也被发现，这种物质和其它含有不同物质组成的矿物质一样与水滑石具有基本相同的结构和相似的特征。
佛罗伦萨大学的矿物学教授E.Manasse首先提出水滑石及其它同类型矿物质的化学式，他提出水滑石的精确简式Mg6A12(OH)16CO3·4H2O，并且认为碳酸根离子是必不可少的。
这种观点在那时比较流行，并且持续了很多年。
直到1941年，弗罗德的一篇题为“Constitution and polymorphism of the Pyroarite and Sj ogrenite Groups”的发表，这些矿物质的组成及它们之间的关系才真正被认清。
1970年，当第一个关于水滑石类化合物作为加氢催化剂的最佳引体的专利产生时，人们开始兴起对水滑石类化合物的研究。
双滴模板法合成水滑石
双滴模板法合成水滑石1. 介绍水滑石是一种重要的矿石，广泛应用于建筑材料、陶瓷、塑料、橡胶、涂料等领域。
传统的水滑石合成方法存在成本高、工艺复杂等问题。
双滴模板法是一种新型的水滑石合成方法，具有简单、高效、低成本等优点。
本文将详细介绍双滴模板法合成水滑石的原理、步骤和应用。
2. 原理双滴模板法利用模板溶液和金属离子溶液反应生成水滑石。
其中，模板溶液中的模板分子在反应过程中起到催化剂的作用，促进水滑石的形成。
金属离子溶液中的金属离子与模板溶液中的模板分子发生配位反应，形成金属-模板配合物。
随后，通过控制反应条件，金属-模板配合物发生水解反应，生成水滑石。
双滴模板法的核心原理是通过模板分子的存在，控制水滑石的形貌和结构。
3. 步骤双滴模板法合成水滑石的步骤如下：3.1 准备模板溶液和金属离子溶液•将模板分子溶解在适量的溶剂中，得到模板溶液。
•将金属盐溶解在适量的溶剂中，得到金属离子溶液。
3.2 混合模板溶液和金属离子溶液•将模板溶液和金属离子溶液按照一定的比例混合，得到混合溶液。
3.3 沉淀和洗涤•将混合溶液静置一段时间，使水滑石沉淀出来。
•用适量的溶剂洗涤沉淀，去除杂质。
3.4 干燥和煅烧•将洗涤后的沉淀干燥至一定程度。
•将干燥后的沉淀进行煅烧，使水滑石结晶。
4. 应用双滴模板法合成的水滑石具有良好的结晶性和纯度，广泛应用于以下领域：4.1 建筑材料水滑石可用于制造墙面涂料、地板材料和装饰材料。
其具有优异的耐候性和耐磨性，能够提高建筑材料的质量和使用寿命。
4.2 陶瓷水滑石可用于制造陶瓷制品，如瓷器、瓷砖等。
其具有良好的热稳定性和化学稳定性，能够提高陶瓷制品的质量和性能。
4.3 塑料水滑石可用作塑料填料，能够提高塑料的强度、硬度和耐热性。
同时，水滑石还能够改善塑料的流动性和加工性能。
4.4 橡胶水滑石可用作橡胶填料，能够提高橡胶的强度、硬度和耐磨性。
同时，水滑石还能够改善橡胶的耐油性和耐候性。
5. 结论双滴模板法是一种简单、高效、低成本的水滑石合成方法。
水滑石制备方法研究进展
水滑石制备方法讨论进展自然存在的水滑石是镁、铝的羟基碳酸化合物，又被称为双金属氢氧化物或阴离子性黏土，它是一种典型的层状阴离子型化合物。
天然存在的水滑石大都是镁铝水滑石，其层间阴离子重要为CO32—。
天然的镁铝水滑石活着界范围内特别有限，因而镁铝水滑石的工业化生产和应用引起了国内外讨论者的紧密关注。
镁铝水滑石具有独特的结构特性、构成及优良的催化性能，因而具有很多的功能特性，可作为催化材料、分别与吸附材料、离子交换剂、光电磁功能材料等应用于多个领域，其制备与合成方法也自然成为近些年国内外讨论的热点。
目前，镁铝水滑石的合成方法较多，其中，常用的重要包括共沉淀法、水热合成法、离子交换法、微波辐射法等。
1.共沉淀法共沉淀法是制备镁铝水滑石最常用的方法。
该法是在肯定温度和pH条件下，将可溶性铝盐和镁盐与沉淀剂混合在一起使之反应，生成胶状的沉淀物，静置、晶化、过滤、洗涤得到目标产物。
共沉淀的基本条件是达到过饱和状态，一般是通过调整反应体系的pH来充足，使pH高于或至少等于反应体系中最易溶金属氢氧化物的沉淀pH。
依据沉淀条件不同，共沉淀法可分为单滴法、双滴法、成核/晶化隔离法和尿素分解法等。
1.1单滴法单滴法是将含有构成镁铝水滑石层板金属离子的混合盐溶液在猛烈搅拌下逐滴加入到含有镁铝水滑石层间阴离子的碱溶液中，再于肯定的温度下晶化一段时间。
滴加过程中体系pH持续变化，镁铝水滑石在高过饱和状态下进行成核和生长，所以该法也称为pH值法或高过饱和度法。
1.2双滴法双滴法是将含有构成镁铝水滑石层板金属离子的混合盐溶液和含有镁铝水滑石层间阴离子的碱溶液通过掌控滴加速度缓慢滴加到搅拌容器中，反应体系的pH一般是通过调整碱溶液的滴加速度来掌控。
该方法通过调整溶液浓度和掌控滴加速度使水滑石的成核和生长过程始终处于低过饱和状态下，所以该法被称为恒pH值法或低过饱和度法。
1.3成核/晶化隔离法该法是将含有构成镁铝水滑石层板金属离子的混合盐溶液和含镁铝水滑石层间阴离子的混合碱溶液加入到全返混旋转液膜成核反应器中混和，猛烈搅拌，在转子和定子夹缝间的高剪切力作用下快速形成镁铝水滑石晶核，再将浆液在肯定温度下晶化，使晶核成长。
2006-水滑石形成机理与形貌控制的研究现状
2 表面形成 L D H
前驱相 。同时 Mg (O H) 2 解离进行双向扩散 , 未水解
的 MgO 被包含在生成的 L D H 中 。
另外 , Sato 研究煅烧后的 L D H 在 Na 2CO 3 溶液 中 重 建 , 在 SEM 基 础 上 提 出 了 LDH 形 成 的 topot ac- tical 机理 。St ani miro va [10 ,11 ]也根据 Mg 2Al 氧 化物在 M g 2 + , Zn 2 + , Ni 2 + , Co 2 + , Cu 2 +存在下重构 产物和 Mg 3Al 氧化物在水中的重构产物 , 提出了一 个可能的分散 - 晶化机理 。以上观点由于采取的制备 方法和测试手段的差别 ,提出的水滑石形成机理也有 所不同 ,但在碱性条件下 ,Al 3 +和 Mg 2 +的存在形式的 研究将有利于对水滑石形成的前驱物的判定 ,并进一 步揭示水滑石的形成机理 。
30
严 岩等 : 水滑石形成机理与形貌控制的研究现状
绝缘材料 2006 , 39 ( 6)
3 水滑石的形貌和尺寸控制 目前观察到的水滑石有六边形 、菱形 、针状等不
同形貌 ,不同学者利用不同原理计算了水滑石最优化 理论形貌模型 。
Min Pu [12 ] 认为水滑石的层板结构是独立稳定 的 ,所以其结构特性可通过层板表现 。利用分子动力 学模拟和量子化学的周期结构理论在实验现象的基 础上建立模型 ,得到分别以镁和铝为层板中心的两种 不同尺寸优化层板群几何模型 , 且通过计算键长 、键 角 、层的能量结构得到含铝量较多的六边形模型是 Mg-Al 水滑石最稳定的形貌 。另外 ,任庆利 [7 ]则根据 负离子多面体配位生长理论 , 构造 Mg-Al 水滑石的 生长基元 , 计算相应于不同维数和多重数 n 的水滑 石生长基元稳定能 ,发现生长基元稳定能在一维方向 ( n ×1 ×1) 随着 n 值的增大而较快地增大 , 而二维 方向生长基元稳定能为负值 。说明 Mg-Al 水滑石晶 体在一维方向 (平行于水滑石正电层板) 优先生长 ,形 成针状或纤维状结晶形态 。但目前有关晶体生长形态 的理论或模型还不能够自然的包含生长条件的变化 , 而生长条件的变化又集中体现在环境相结构和生长 基元线度和结构的变化上 。
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主讲人： 组员：
水滑石的SEM(扫描电镜 )图
水滑石（HT）属于层状化合物。层状化 合物是指具有层状结构、层间离子具有 可交换性的一类化合物，是一类重要的 无机功能材料。
为什么水滑石能形成稳定的层状结构？
通式： [M2+1-XM3+X(OH)2 ] X+（An-X/n） ﹒mH2O （其中M2+和M3+ 为二价和三价金属离子，A为层
间阴离子，m为层间结合水数目， x 为金板层的电 荷数） [M2+1-XM3+X(OH)2 ] X+所组成的板层称为金属板层
天然水滑石—镁铝水滑石（母体）
化学式： Mg6 Al 2(OH) 16CO 3﹒4H2 O
镁铝水滑石的生长机理
1、晶体结构
对称性: D3d 宏观对称元素:3m 空间群：P3m1
图5 生长基元叠合的过程
4、两两层金属板层的叠合 • 在z 方向上除游离羟基与水结合之外，由于层 板（[M2+1-XM3+X(OH)2 ] X+）带正电，所以 自然能通过静电作用吸引体系中游离的带负电 荷的阴离子An-（即是 CO32-） • An- 又将再吸引另一带正电的大维度金属板层， 这样循环生长下去，最终生长为层状结构的镁 铝水滑石。
结论
• 水滑石的生长是生长基元先叠合为金属板 层, 然后再吸附阴离子An及H2O,依此循环 而组成层状化合物.
谢谢，请多多指教
伸展方向：{0001}、{0110}
图1 水滑石晶体结构
图2 水滑石的层状结构
为研究其生长机理, 我们采用Raman 光谱分析 了镁铝水滑石生长溶液拉曼位移
从图3可看出, 镁铝水滑石在整 个生长过程中具有相同的生长基元.
镁铝水滑石生长液、残留液及远离晶面溶液的拉曼位移
2.生长基元 ：[Mg (OH) 6] 4- 及 [Al(OH) 6] 3 八面体
图4 [Mg(Al)-(OH)6]4(3)
3、镁铝水滑石晶体生长形态
生长基元[Mg (OH) 6] 4- 及 [Al(OH) 6] 3开始叠合，叠合的过程是基元羟基[ — (OH) ]相互脱水而达到八面体共棱相结合的 过程。-------------形成金属板层
水滑石的金属层板的形成过程
大维度的生长 基元在同一 平面内通过 共棱联结为 水滑石的金 属层板.