层状金属氢氧化物
粗制氢氧化镍钴(mhp)成分
粗制氢氧化镍钴(MHP)成分概述在材料科学领域，粗制氢氧化镍钴（M HP）是一种重要的化学物质。
它由镍和钴的氢氧化物组成，具有多种应用领域。
本文将深入探讨M HP的成分、性质以及其在能源存储和催化领域的应用。
成分M H P由镍和钴的氢氧化物组成，化学式为N iC o(OH)2。
该化合物是一种层状晶体结构的金属氢氧化物，含有镍、钴和氧的元素。
其化学成分对其性质和应用具有重要影响。
性质层状结构-：M HP具有层状结构，是由一层层镍、钴和氧原子组成的。
这种结构赋予了M HP独特的电化学性质和催化活性。
可控性-：M HP的成分可以通过化学合成方法进行调控，例如不同的沉积时间和温度可以影响镍和钴的比例和分布，从而调节MH P的性质。
电化学性能-：M HP具有良好的电化学性能，可用于储能设备和催化反应中。
它具有较高的电导率、电化学稳定性和可逆的电化学反应。
催化活性-：M HP在催化领域具有广泛的应用。
由于其特殊的结构和成分，MH P表现出优异的催化活性，可用于水分解、氧还原反应和其他重要的电化学过程。
应用能源存储M H P作为一种重要的电化学材料，在能源存储领域具有广泛的应用。
它可以用作电池正极材料，在锂离子电池和镍氢电池中发挥重要作用。
M H P的层状结构和优良电导率有助于提高电池的能量密度和循环稳定性。
催化剂由于其良好的催化活性，MH P被广泛应用于催化反应中。
它可以用作氧还原反应（OR R）的催化剂，O RR是燃料电池和金属-空气电池等能源领域的重要反应。
此外，MH P在其他电化学反应中，如水分解和甲醇氧化等方面也显示出出色的催化性能。
结论粗制氢氧化镍钴（MH P）是一种成分为镍和钴的氢氧化物，具有层状结构和优异的电化学性质。
它在能源存储和催化领域具有重要应用，可以用作电池正极材料和催化剂。
M HP的独特成分和结构为其在能源转换和储存技术方面的应用提供了新的可能性。
随着技术的不断发展，MH P在能源科学领域的应用前景也将不断扩大。
层状双金属氢氧化物及其在水处理中的应用
阴离子 的脱 除温度 与层 板静 电引力 和层 板羟 基 的氢键 作用
力 强弱有关 ． 作 用 力 越 大 脱 除 温 度 越 高 记 忆 效 应 指 Ｌ Ｄ Ｏ在 适 当条件 下可再 次恢 复 Ｌ Ｄ Ｈ ｓ 层 状结构 。利用 此性 质 ， 可 以 将 Ｌ Ｄ Ｏ 在 含 有 不 同 阴 离 子 的 溶 液 中 进 行 处 理 ．让 溶 液 中 的 阴离子插入层 问 ． 恢复 Ｌ Ｄ Ｈｓ 层状结构 ． 制备 目标 产 物 。但 是
Ｌ Ｄ Ｈｓ 具 有 独 特 的 组 成 和 结 构 特 征 ．其 本 身 及 煅 烧 产 物
Ｌ Ｄ Ｏ都 具有催化 活性 ， 可作为碱 性催化剂 、 氧化 还原 催化剂 、
酸碱 双功能催化 剂 ， 以 及 催 化 剂 载 体 等 。 目前 ． Ｌ Ｄ Ｈ ｓ和 Ｌ Ｄ Ｏ 主要 被用 于烯 烃环 氧化 聚合 、 醇醛 缩合 、 烷 氧 基 化 反 应 及 酯 交 换 反 应 等 催 化 反 应 过 程
Ｌ Ｄ Ｈ ｓ的 煅 烧 产 物 复 合 金 属 氧 化 物 （ Ｌ Ｄ Ｏ） 的 比表 面积更 大 。 吸 附 能 力 更 强
２ ． ２ 热 稳 定 性 和 记 忆 效 应
层 状双 金属 氢氧化 物 （ １ ａ ｙ ｅ ｒ ｅ ｄ ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ｓ ．简 称
氢氧化 物的酸性 、 二 价 金 属 氢 氧 化 物 的碱 性 强 弱 有 关 。
２ ． ４ 催 化 性
Ａ １ ３ ＋ 可 以被 半 径 相似 的二 价 和 三 价 金属 阳离 子 同 晶取 代 ．
ldh结构化学式-概述说明以及解释
ldh结构化学式-概述说明以及解释1.引言1.1 概述LDH是Layered Double Hydroxides（层状双金属氢氧化物）的缩写，也称作水滑石或水滑石型材料。
它是一类具有层状结构的无机化合物，由阳离子层和阴离子层交替排列而成。
在阳离子层中，由两种不同的金属离子组成，一般是二价金属阳离子和三价金属阳离子。
而在阴离子层中则存在着水分子和某种阴离子。
LDH的层状结构使其具有独特的物化性质和多样化的应用，因此受到广泛关注和研究。
其结构和性质可以通过调节金属阳离子、阴离子以及层间离子间的相互作用来实现控制和调控。
LDH的合成方法多种多样，常见的有共沉淀法、水热法、水热静置法和离子交换法等。
通过不同的合成方法可以获得具有不同形貌、结构和性质的LDH材料，满足不同领域的需求。
LDH材料具有良好的物理化学稳定性、可控性和可调控性，在催化、分离、吸附、电化学、生物医药等领域具有广阔的应用前景。
尤其在催化领域，LDH材料可以作为催化剂的载体或直接作为催化剂来实现化学反应，具有高效、环保、可重复使用等优点。
总而言之，LDH的结构化学式提供了一种新颖的材料设计思路和研究方法，其层状结构和调控性能使其在各领域展现出巨大的应用潜力。
随着对LDH的深入研究，我们相信将会有更多新的发现和应用涌现出来。
文章结构部分的内容应该对整篇文章的结构做出详细的说明和安排。
下面是对文章结构部分的一种可能的写法：【2.文章结构】本文主要探讨了ldh结构化学式。
为了更好地组织和阐述思路，本文按照以下顺序组织内容：首先，引言部分（第1章）主要对本文的研究背景和目的进行了介绍。
在1.1概述中，对ldh结构化学式的基本概念和研究现状进行了简要概述。
1.2文章结构部分则对整篇文章的结构进行了说明，使读者能够清晰地把握全文的脉络和逻辑顺序。
1.3目的部分明确了本文的主要研究目标，即探究ldh结构化学式的特征和应用。
接下来，正文部分（第2章）将深入讨论ldh结构化学式的相关内容。
层状金属氢氧化物
层状金属氢氧化物层状金属氢氧化物的结构和性质层状金属氢氧化物（Layered Metal Hydroxides，LMHs）是一类特殊的无机材料，具有独特的结构和性质。
本文将介绍层状金属氢氧化物的结构特点、性质及其在各个领域的应用。
一、结构特点层状金属氢氧化物具有一种层状结构，其晶格由阳离子层和氢氧根阴离子层交替排列而成。
阳离子层通常由金属离子组成，比如镁离子（Mg2+）、镁铝双金属离子（MgAl2+）等。
氢氧根阴离子层由氢氧化物根离子（OH-）组成。
在层状结构中，阳离子层和氢氧根阴离子层之间通过离子键相连。
层状金属氢氧化物的层状结构使得其表面具有丰富的活性位点和可调控的孔道结构，为其在催化、吸附、离子交换等方面的应用提供了机会。
二、性质由于其特殊的结构，层状金属氢氧化物具有许多独特的性质。
1. 阳离子可调控性：层状金属氢氧化物通过选择不同的金属离子可以调控其性能。
例如，替换层状金属氢氧化物中的金属离子可以改变其形貌、孔道结构和表面酸碱性质，从而影响其催化和吸附性能。
2. 可控制备：层状金属氢氧化物可以通过水热合成、共沉淀法、离子交换法等多种方法进行制备。
通过调控反应条件和添加剂可以控制其形貌、粒径和结构特征。
3. 交换性质：层状金属氢氧化物具有良好的离子交换性质，可以与阳离子（如Na+、K+）发生离子交换反应，形成离子交换材料。
这一特性使层状金属氢氧化物在离子交换、吸附分离等工艺中有着广泛的应用。
三、应用领域层状金属氢氧化物由于其独特的结构和性质，在许多领域中得到了广泛的应用。
1. 催化剂：层状金属氢氧化物作为催化剂具有活性位点多、孔道结构可调控、表面酸碱性能可调节等特点，被广泛应用于催化反应，如酸碱催化、氧还原反应、有机合成等。
2. 吸附材料：层状金属氢氧化物的层状结构和丰富的活性位点使得其具有较高的吸附能力，可用作气体吸附剂、储氢材料、废水处理吸附剂等。
3. 离子交换剂：层状金属氢氧化物的离子交换性质使其具有优异的离子交换能力，广泛应用于水处理、电解液净化、催化剂载体等方面。
层状金属氢氧化物中铁位点辅助分散铂纳米颗粒用于高效甲醇氧化
01导语P t是一种应用范围广、催化性能优越的催化剂，但在使用过程中你是否有Pt颗粒容易聚集，P t颗粒容易失活的烦恼？这里有一种有效分散P t颗粒，延长Pt催化剂使用时间的方法，大家一起来看下吧！02全文速览课题组报告了锚定在镍铁层状金属氢氧化物（Ni Fe-L DH s）表面的Pt纳米颗粒在碱性介质中高效稳定的甲醇氧化。
利用N i Fe-L D Hs中单原子分散的Fe作为锚定点，将P t纳米颗粒均匀地分散在其表面，充分利用丰富的OH基团，促进了邻近的P t位点上碳质毒物的氧化去除。
基于P t纳米颗粒的高内在甲醇氧化活性，与商业P t/C催化剂相比，基底Ni Fe-LD H s进一步增强了抗污染能力，并在200,000秒的循环测试后保持了稳定性。
这项工作突出了Ni Fe-LD H s在提高甲醇氧化反应的整体效率方面的特长。
03背景介绍直接甲醇燃料电池（D M F Cs）凭借其较高的能量转换率、较宽的工作温度范围、无污染排放、便携性和原材料的安全性，长期以来一直被认为是一种有前途的动力转换工具。
然而，要实现大规模的商业化仍然是一个挑战，主要源于阳极的高过电位，与贵金属电催化剂（例如P t）相关的难以负担的成本，以及阳极操作的低耐久性（碳质物种中毒）。
考虑到高成本和稀缺性，通过减少铂金的尺寸来暴露更多的铂金表面积是实现DM FC s商业化的一个重要和直接的方法，然而，由于纳米颗粒（N P s）的聚集或贵金属的中毒，总是观察到有限的耐久性。
因此，有必要开发和优化具有大表面积、能够锚定和分散P t N P s的理想支撑材料。
近年来，许多材料已被用作负载P t基纳米催化剂的基底材料，包括金属氧化物和纳米碳材料，而迄今只取得了有限的耐久性改进，可能是由于基底材料协助相邻P t位点氧化去除C O 的能力有限，以及P t与基底材料之间相互作用较弱，未能阻止P t在氧化过程中的聚集。
04本文亮点在这项工作中，具有公认的甲醇氧化活性的P t 纳米颗粒和具有优良OH a d s生成能力的Ni Fe-L DH s通过两步合成工艺结合在一起，其中L DH s层中的单原子分散的Fe3+作为Pt前体的锚定点，确保P t的高度分散。
层状复合金属氢氧化物的结构及性质研究
第52卷第7期 辽 宁 化 工 Vol.52，No. 7 2023年7月 Liaoning Chemical Industry July，2023层状复合金属氢氧化物的结构及性质研究张思睿（浙江大学，浙江 杭州 310058）摘 要： 评述层状复合金属氢氧化物的化学结构和性质，并在两者间建立联系。
层状复合金属氢氧化物将氢氧化物层和阴离子相互结合，是利用共价键方式注重体现出主体层板，保证层间具有较弱的相互作用力，并利用科学的排序方式来构成层状复合结构，在化学研究上属于超分子化学的范畴。
基于其中氢氧化物层以及层间阴离子的特殊结构和稳定性差异，其具有较突出的化学性质，包括可逆的阴离子交换和热分解性质以及在化学催化中的重要作用。
介绍了层状金属氢氧化物的物质结构、阴离子交换性质、热分解性质及催化应用几个方面。
关 键 词：层状金属氢氧化物；氢氧化物层；层间阴离子；阴离子交换；催化中图分类号：O611.64 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）07-1039-04早在1842年，研究人员发现层状复合金属氢氧化物的首个成员水滑石，但并未当即将其化学成分报道出来，一直到1915年才被专业结构报道出来。
在开始阶段，水滑石被作为两种金属氢氧化物层堆积形成的，但后来完成的晶体结构分析指出实际上金属离子在同一层中[1]。
在正常情况下，层状氢氧化物（LDHs）结构是由[M x M’y(OH)2(x+y)]y+A n-y/n·mH2O构成，其中最常见的二价金属离子种类趋于多样化，如有Mn2+、Co2+、Fe2+、Ca2+、Mg2+等类型，三价金属离子同样有各种元素，如Fe3+、Co3+、Al3+、Mn3+等。
随着研究工作进程不断深入，这种化合物中的金属离子范围实现有效拓展，不再限制于上述两种类型，其逐渐向多元化方向发展。
而从某方面来看，层状氢氧化物中的层间阴离子能随意变换成任何阴离子。
根据有关人员实践证明，无机阴离子、配合物阴离子等类型的生物活性分子都能作为氧化物的层间阴离子[2]。
mg-al ldh 结构式
mg-al ldh 结构式mg-al ldh结构式一、引言Mg-Al LDH，全称为镁铝水滑石（Magnesium-Aluminum Layered Double Hydroxide），是一种层状双金属氢氧化物。
其分子结构由镁离子（Mg2+）和铝离子（Al3+）通过氧化物离子（OH-）连接而成。
本文将对Mg-Al LDH的结构式进行详细介绍。
二、Mg-Al LDH的结构式Mg-Al LDH的结构式可用[Mg1-xAlx(OH)2](An-)x/n·mH2O来表示，其中An-表示阴离子，m表示水分子的数目。
此结构式中的x 通常为0.2-0.3，表示镁和铝的摩尔比例。
三、结构解析Mg-Al LDH的结构由正交晶系的层状结构组成。
每个层由镁和铝的氢氧化物层交替排列而成，氢氧化物层之间由水分子和阴离子填充。
层状结构使得Mg-Al LDH具有较大的比表面积，有利于物质的吸附和储存。
四、层间离子交换Mg-Al LDH的层间可以通过离子交换反应进行改性。
由于层状结构的存在，Mg-Al LDH能够吸附并释放不同的离子。
例如，当Mg-Al LDH与阴离子A-接触时，阴离子A-可以进入层间并与层内的OH-进行交换。
这种层间离子交换的特性使得Mg-Al LDH在催化、分离和药物控释等领域具有广泛的应用前景。
五、应用领域1. 催化剂：Mg-Al LDH可以作为催化剂的载体，通过调控层间离子交换反应，实现对催化剂活性和选择性的调控。
例如，将过渡金属离子掺杂到Mg-Al LDH的层间，可以制备高效的催化剂，用于有机合成反应等领域。
2. 吸附剂：由于Mg-Al LDH具有较大的比表面积和层间离子交换的特性，可以用作吸附剂，用于吸附有机污染物、重金属离子等。
通过调控Mg-Al LDH的结构和成分，可以实现对特定污染物的高效吸附和去除。
3. 药物控释：Mg-Al LDH的层状结构和层间离子交换的特性使其成为一种理想的药物控释材料。
层状双金属氢氧化物微观结构与性质的理论研究进展
层状双金属氢氧化物微观结构与性质的理论研究进展倪哲明1,*胥倩1潘国祥1,2毛江洪1(1浙江工业大学化学工程与材料学院,催化新材料研究室,杭州310032;2湖州师范学院化学系,浙江湖州313000)摘要：总结了近年来理论计算方法在研究层状双金属氢氧化物(LDHs)结构与功能方面的应用现状.结合LDHs 材料的结构特点,归纳了量子力学、分子力学、几何建模及物理静电模型相结合对LDHs 材料进行结构模拟的思路,比较了各种方法在LDHs 结构模拟上的优势及存在的不足.量子力学方法能够精确获得水滑石材料的层板构成及作用机制、简单阴离子插层水滑石主客体间的超分子作用实质以及电子性质、反应机理等方面的信息.与量子力学相比较,分子力学方法可以快速得到插层水滑石材料的层间阴离子排布及取向、水合膨胀特性及宏观力学性质等.几何模型和物理静电模型能构建直观、形象的数学模型,大大简化了计算量,因此能计算接近实际LDHs 尺寸的体系,为推测LDHs 结构信息提供了可能性.随着理论方法和计算机硬件水平的发展,使得计算机模拟技术逐渐成为获得LDHs 材料微观结构参数、电子性质和动力学性质的一种有效手段.关键词：层状双金属氢氧化物;结构与性质的关系;理论研究进展中图分类号：O641Theoretical Processing in Understanding the Structures and Properties of Layered Double HydroxidesNI Zhe -Ming 1,*XU Qian 1PAN Guo -Xiang 1,2MAO Jiang -Hong 1(1Laboratory of Advanced Catalytic Materials,College of Chemical Engineering and Materials Science,Zhejiang University of Technology,Hangzhou 310032,P.R.China ;2Department of Chemistry,Huzhou Teachers College,Huzhou 313000,ZhejiangProvince,P.R.China )Abstract ：We review the techniques,applications,characteristics,and insights gained from the use of theoretical calculations that were applied to the study of layer double hydroxides (LDHs)materials by using a series of typical case studies.The advantages and shortcomings of different theoretical calculation methods (quantum mechanics,molecular mechanics,geometric model,and electrostatic potential energy model)for the study of the properties of LDHs minerals are compared.Based on quantum mechanics calculations,we obtained information about template effects on the construction of layered double hydroxides,super molecular interactions in LDHs containing simple anions,electronic properties,and reaction pathways pared with quantum mechanics,molecular mechanics is quicker in obtaining information about the interlayer structure,arrangement,orientation,hydration,and the swelling trajectory as well as elastic constants etc of LDHs intercalated with various anions.The geometric model and electrostatic potential energy model offer a more intuitive and visual mathematical model of LDHs minerals.The calculations were done on the verge of full size LDHs,which may allow the prediction of the crystal structure.Along with the development of theoretical methods and computer techniques,computational simulation method has become an effective adjust to experimental techniques for obtaining the microscopic structures,electronic and dynamic properties of LDHs minerals.Key Words ：Layered double hydroxide;Structure -property relationship;Theoretical processing[Review]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.-Chim.Sin .,2009,25(4)：792-805Received:November 9,2008;Revised:January 16,2009;Published on Web:February 23,2009.*Corresponding author.Email:jchx@;Tel:+86571-88320373.浙江省自然科学基金(Y406069)资助项目鬁Editorial office of Acta Physico -Chimica SinicaApril792No.4倪哲明等：层状双金属氢氧化物微观结构与性质的理论研究进展层状双金属氢氧化物(layer double hydroxides,简称LDHs)是一类重要的新型无机功能材料,可作为制备无机-无机、无机-有机纳米复合材料的母体[1].因其具有特殊的层状结构及物理化学性质,在催化[2-5]、离子交换和吸附[6-8]、医药[9-13]等诸多领域具有广阔的应用前景.目前,粉末X射线衍射(XRD)、红外(IR)、热重差热分析(TG-DTA)、核磁共振(NMR)、X射线光电子能谱技术(XPS)、透射电镜(TEM)、中子衍射等实验手段已被应用于LDHs微观结构研究中,并取得了一些重要的结构数据[14-17].比如,LDHs微观结构研究中最为重要的XRD表征技术,能够得到合成材料是否具有层状构型,以及层间距、层板中金属离子的平均间距等重要结构参数[14].将插层阴离子的尺寸与层间距大小相关联,能推测阴离子在层间大致的排布情况(比如单层垂直、双层垂直交替、倾斜交替等)[14].IR、TG-DTA、NMR、中子衍射技术可作为辅助手段来佐证XRD推测所得LDHs微观结构的正确性[15-17].然而,对于复杂阴离子插层LDHs体系,其层间阴离子的排布形态确认仍存在困难,层间结构水分子的排布信息,从实验手段进行表征更是无法得知的.LDHs单晶合成非常有限(迄今为止只合成了2、3个LDHs单晶[1,18]),因而要从实验角度精确探求LDHs微观结构还存在相当大的困难.同时,要探求LDHs层板内部金属离子与羟基之间、主体层板与客体阴离子及水分子之间的超分子作用实质,从实验角度也是很难解决的.近年来,理论模拟计算作为获得LDHs材料微观结构信息和动力学性质的一种有效手段,为LDHs材料的分子设计提供了理论指导.本文总结了近年来理论计算方法在LDHs材料结构与功能方面的研究进展.结合LDHs 材料的结构特点,归纳了量子力学、分子力学、几何建模及物理静电模型相结合对LDHs材料进行结构模拟的思路,比较了各种方法在LDHs结构模拟上的优势及存在的不足.1层状LDHs材料微观结构与功能的关系LDHs是一类具有主体氢氧化物层板、客体阴离子柱撑的无机功能材料,其结构与水镁石结构类似[19,20].LDHs由水滑石(Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O)经层板金属阳离子与层间阴离子调变而形成,其结构如图1所示,组成通式为[M II1-x M III x(OH)2]x+(A n-)x/n·m H2O,其中M II和M III分别代表二价和三价金属离子;x 是摩尔比n(M3+)/(n(M2+)+n(M3+));A n-是层间阴离子;m为层间结构水分子数目.LDHs独特的层状构型和结构的可调变性决定了其功能的多样性和应用的广泛性,研究LDHs材料微观结构与功能间的关系,必须对材料的精细结构取得足够的了解.LDHs材料的功能特性按照其微观和亚微观结构(三级结构:主体氢氧化物的层板、层间客体阴离子、结构水分子)进行划分,大致可分为以下三个方面:(1)层板有序结构主要由金属离子与羟基通过配位键形成,主体层板金属离子具有同晶可取代性.LDHs层状材料经合适温度焙烧,能够形成具有高表面积、高分散性、酸碱性可调的复合氧化物.焙烧产物中某些过渡金属经还原,便可形成性能优良的纳米金属负载型催化剂.由于LDHs层板金属离子具有可调变性(如Mg2+、Zn2+、Co2+、Ni2+、Cu2+和Al3+、Fe3+、Cr3+等),所以LDHs的焙烧/还原衍生物在催化、吸附等领域得到广泛应用.(2)层间客体阴离子具有可组装性.LDHs具有客体阴离子可插层性,主体层板与层间客体阴离子间存在着静电和氢键等分子间作用力,很多功能性阴离子能通过这些分子间相互作用而被引入LDHs 层间,形成一类新型LDHs基复合材料.比如:(a)杂多、同多酸阴离子、金属配离子;(b)羧酸、磺酸类有机阴离子;(c)布洛芬、萘普生等医药分子及草甘膦等农药分子;(d)氨基酸、DNA、核苷酸、ATP、酶等生物分子.这些分子/离子与LDHs组装后,能应用于催化、PVC改性剂、药物缓释、无机/生物复合材料、紫外阻隔材料、油田化工品、环境修复等领域.(3)层间水合膨胀及剥离特性.实验证明层间水分子具有稳定LDHs结构的作用,层间水分子与层板及阴离子间主要以氢键作用相结合,并能在一定温度下可逆脱除/吸收,所以在湿度调节方面得图1LDHs材料的结构示意图Fig.1Scheme of microstructure for LDHs793Acta Phys.-Chim.Sin.,2009Vol.25到应用.其他有机中性分子通过克服主客体间超分子作用力被引入LDHs层间,能使LDHs材料层间距膨胀乃至剥离,形成纳米LDHs层片,应用于LDHs/高分子复合材料的合成中.根据Lehn对超分子化学的阐述[21],LDHs主体层板形成、层板中M2+(M3+)-OH-(H2O)作用机制、层板与层间阴离子及水分子间相互作用都可纳入超分子化学研究范畴.从超分子化学角度,使用实验表征与理论模拟计算方法研究LDHs层板内部金属离子与羟基之间、层板与客体阴离子及水分子之间的相互作用,可取得LDHs材料结构调变与其功能间的关系.LDHs超分子结构与功能的基础性研究工作的进展,将有助于LDHs功能的强化以及应用领域的拓展.2理论方法研究LDHs材料的结构与性质近年来,理论模拟计算作为有效的研究方法在LDHs材料的微观结构、力学、热学、电磁学等性能的研究中卓有成效.其中,计算机模拟研究根据模拟尺度、理论依据、研究性质的不同,可分为量子力学(quantum mechanics,QM)和分子力学方法(molecular mechanics,MM)两大类,它被认为是本世纪以来除理论分析和实验观察之外的第三种科学研究手段,称之为“计算机实验”[22].2.1量子力学方法量子力学方法主要包括:从头算法(ab initio method)、分子轨道半经验计算法(semi-empirical molecular orbital method)和密度泛函理论(density functional theory,DFT)[22,23].它以分子中电子的非定域化(delocalization)为基础,电子的行为以其波函数表示.根据海森堡(Heisenberg)的测不准原理,量子力学仅能计算区间内电子出现的概率,其概率正比于波函数绝对值的平方.通过求解由核和电子组成的多电子体系的薛定谔方程,从而获得LDHs材料结构与功能方面的信息[22-24].它建立在原子核与核外电子作用基础上,计算精度高.量子力学方法适用于简单的分子或电子数量较少的体系,能够精确计算分子的性质、结构、构象、偶极矩、电离能、电子亲和力、电子密度等,以及了解分子间相互作用的电子性质.2.1.1从头算法从头算法利用变分原理(variation principle),将系统电子的波函数展开为原子轨道波函数的组合,而原子轨道的波函数又为一些特定的数学函数(如高斯函数)的组合[22,23].这种方法虽然精确,却甚为缓慢,所能计算的系统亦极为有限,通常不超过100个原子.目前,该方法主要应用于LDHs材料精确结构参数[25]、金属离子同晶取代对层板结构的影响[26]、酸碱性等物化性质的影响[26]、催化反应机理、催化剂活性[26]以及电子相关性质(态密度、能带结构)[26]方面的计算.Masini等[25]运用ab initio Car-Parrinello模拟了水镁石(brucite)表面的羟基化和脱羟基作用反应,在获得水镁石(0001),(1100)和(1000)晶面结构特性的同时,通过比较水镁石表面和内部的脱羟基反应所需的能量,指出水镁石分解生成MgO和H2O的反应首先在材料表面发生.Trave等[26]计算了含有不同层板阳离子和层间阴离子的LDHs体系的晶格参数、自由度等结构信息,探讨了层板Al3+的排列方式和Mg/Al摩尔比两个参数对Mg/Al-LDHs结构的影响,当R(M II/M III 摩尔比)约为3时,体系的结合能最低,而层间通道高度最大,建立了结构参数与化学组成和结合能之间的关系.另一方面,通过对态密度等电子性质的研究,发现层间阴离子的性质对化合物的电子性质有很大的影响.与LDHs-Cl体系相比,LDHs-OH体系最高占据轨道(HOMO)-最低空轨道(LUMO)间的禁带宽度较小,且层间的LUMO轨道主要由层间的阴离子提供(如图2),导致了LDHs-OH具有更强的接受电子的能力,所以LDHs-OH较LDHs-Cl在羟醛缩合碱催化反应中具有更高的碱催化活性.李蕾等[27]在制备表征磺基水杨酸、4-羟基-3-甲氧基肉桂酸和2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸等紫外吸收剂插层锌铝水滑石的基础上,运用(a)(b)图2(a)LDHs-Cl和(b)LDHs-OH的HOMO和LUMO轨道分布图[26]Fig.2Spatial distributions of the HOMO and LUMO for(a)LDHs-Cl and(b)LDHs-OH [26]794No.4倪哲明等：层状双金属氢氧化物微观结构与性质的理论研究进展Gaussian98[28]软件中的ab initio分子轨道法(HF/6-31G)计算了LDHs层间有机紫外吸收剂的分子结构和电荷分布,提出了合理的客体阴离子在主体层间的排列方式,并分析了其结构与光化学行为的关系.结果表明,层板间的限域空间有利于主客体间的静电和氢键相互作用,插层产物的紫外吸收范围和能力显著增强,是一类具有潜在应用价值的无机-有机超分子复合结构的紫外吸收材料.2.1.2分子轨道半经验方法分子轨道半经验方法在从头算法的基础上,多引用了一些实验值为参数,求解Hartree-Fock-Roothaan 方程,以取代计算真正的积分项[22,23].采用此方法计算LDHs材料时,相关的结构参数如键长、键角等,往往不是通过几何优化获得,而是来源于实验文献.目前常用的分子轨道半经验方法有休克尔方法(EHMO),全略微分重叠(CNDO),间略微分重叠(INDO),改进的间略微分重叠(MINDO),忽略双原子微分重叠(MNDO),以及在忽略双原子微分重叠(MNDO)基础上发展起来的AM1方法和PM3方法等[22,23].与从头算法相比,利用半经验分子轨道方法可计算较大的分子,但需以大量的实验数据为基础.Pu等[29,30]采用MNDO/d、PM3法优化了不同尺寸水滑石层板结构,优化所得的晶体团簇模型呈六边形结构,且层板的Mg/Al摩尔比为可变参数,但当层板直径变得比较大时,Mg/Al摩尔比的极限值为3.在插层反应过程中,层板的边缘较容易吸附阳离子,而层板中心则易接受阴离子.在此基础上,他们采用B3PW91方法在Lanl2dz基组水平上进一步研究了Mg/Al摩尔比为3的水滑石层板结构[31],通过将结构参数和模拟得到的XRD图谱分别与实验观测结果相比较,确定了水滑石层板符合空间群R3m(166),沿第三维方向有序堆积.李蕾等[32]采用以含原子对排斥的EHMO法ASED(atom superposition and electron delocalization) -MO法为基础的结构自动优化EHTOPT程序,优化计算了Mg6Al2(OH)16X·H2O主体层板与不同简单客体阴离子稳定结构的能量变化、成键状况及电荷转移情况,揭示了LDHs层板与层间阴离子间存在静电吸引、氢键等非共价键弱相互作用.其中氢键作用为主,且强弱与阴离子电荷分布、空间排布方式密切相关,层间阴离子电荷分布对层板酸碱性变化也有影响.2.1.3密度泛函理论密度泛函理论是一种研究多电子体系电子结构的量子力学方法,即为非常精确的量子计算方法.在Kohn-Sham DFT的框架中,最难处理的多体问题(由于处在一个外部静电势中的电子相互作用而产生的)被简化成了一个没有相互作用的电子在有效势场中运动的问题[23].密度泛函理论是目前多种领域中电子结构计算的领先方法,但是用它来恰当地描述分子间相互作用,特别是范德华力(van der Waals),或者计算半导体的能隙还存在一定的困难.目前该方法主要被应用于研究LDHs材料层板金属离子同晶取代对层板结构的影响[31]、层板内部金属离子与羟基之间配位作用[33]、简单阴离子插层LDHs材料的微观结构性质和主客体间超分子作用实质[34-36]、成键规律、热稳定性、酸碱性等物化性质、离子交换性能、催化性能[32-37]、反应机理[38,39]等相关领域的研究.Wei等[33]采用混合密度泛函B3LYP方法对构建LDHs时产生的模板效应进行了研究.根据计算所得的结构畸变角θ的不同,可将层板金属离子分为三类(如图3):类型I(canonical structure,θ:0°-1°),类型II(slightly distorted structure,θ:1°-10°)和类型III(heavily distorted structure,θ>10°).计算了与LDHs 结构相关的键长、O—M—O键弯曲角、键能、价电图3[M(H2O)6]n+的三种几何优化结构[33]Fig.3Three types of optimized structures of the[M(H2O)6]n +[33]795Acta Phys.-Chim.Sin.,2009Vol.25子构型、配位场以及Jahn-Teller效应和自然键轨道(NBO).指出同晶取代Mg2+进入LDHs层板的金属阳离子,其与氧原子形成的八面体六配位的畸变角较离子半径对LDHs的层板结构有着更大的影响,且影响程度为类型I>类型II>类型III.倪哲明等[34,35]建立了LDHs与卤素阴离子(F-、Cl-)的单层簇模型,运用Gaussian03[40]程序,采用混合密度泛函B3LYP方法,在6-31G(d)基组水平上进行结构优化和频率分析,然后分别用6-31G(d)和6-311++G(d,p)计算主客体相互作用能,分析了LDHs 主体层板与卤素阴离子的超分子作用(静电作用和氢键作用),并对F-、Cl-超分子作用的强弱进行了比较.然后又建立了LDHs与CO2-3、H2O的双层簇模型,采用B3LYP/6-31G(d)//B3LYP/3-21G方法计算类水滑石(LDHs-CO3-n H2O)的结构与能量,探讨了主客体间的超分子作用,并对LDHs层间存在的三种不同类型氢键的强度进行了比较.在此基础上,还构建LDHs-Cl-n H2O周期性模型(如图4),采用了CASTEP[41]优化计算其微观结构,从结构参数、Mulliken电荷布居、态密度(DOS)、能量等角度研究层间Cl-和不同数目水分子的分布形态以及与LDHs层间的超分子作用[36].随着水分子数的增加,层间距逐渐增大后趋于平衡.水合过程中氢键作用比静电作用更占优势,layer-water型氢键要略强于anion-water型氢键.当n=1、2时,Cl-与水分子所在平面以平行层板的方式存在于LDHs层间,并且与两层板的距离基本相等;当n=3、4时,Cl-与水分子则以偏向某一层的方式随机地存在于LDHs 层板间,并且得出LDHs-Cl的水合具有饱和量.Anderson等[37]在实验合成sulfonato-salen-M III (M=Mn,Fe,Co)配合物插层Zn/Al-LDHs的基础上,在分子氧和常温、常压条件下,测试其对生成环己烯和二聚环戊二烯的环氧化反应的催化性能.采用混合密度泛函B3LYP方法,计算了sulfonato-salen-M III (M=Mn,Fe,Co)的结构参数(如图5),发现不同插层产物的层间通道高度和催化行为是有区别的,中心金属离子的性质较大地修饰了催化活性位附近的化学环境,从而导致了不同配合物的催化活性不同,催化性能大小为LDH-[Fe(Cl)(salen)]<LDH-[Co(Cl) (salen)]<LDH-[Mn(Cl)(salen)].Greenwell等[38]采用平面波密度泛函理论(PW-DFT)研究了镁铝水滑石催化叔丁醇酯交换反应的机理.通过计算反应机理中涉及的过渡态,指出Choudary等提出的机理(如图6(a))中催化剂再生的步骤无法实现.通过一系列计算模拟,提出层间水的图4LDHs-Cl-n H2O(n=1-4)主客体作用模型[36]Fig.4Host-guest interaction models of LDHs-Cl-n H2O(n=1-4)[36]图5Sulfonato-salen-M III配合物的几何结构[37]Fig.5Computed structures of sulfonato-salen-M III [37] 796No.4倪哲明等：层状双金属氢氧化物微观结构与性质的理论研究进展存在是催化剂再生的必要条件(如图6(b)),叔丁基阳离子在层间不可能单独存在,活性部分叔丁醇的羟基—OH与LDHs层板间存在着比较强的相互作用.LDHs层板的亲水性与t-Bu-LDH的层间区域的疏水性,导致有机物分子的极化基团排列于LDHs 表面,增强了材料的催化活性,促进整个催化反应的进行.Wei等[39]采用混合密度泛函B3PW91方法在6-31G(d,p)基组水平上,对手性药物左旋多巴(L-dopa)插层前后的外消旋现象进行了研究.对反应中涉及的过渡态的模拟结果表明,插层前左旋多巴单体手性碳上的H会迁移至羧基,构成烯醇式的活性中间体,从而外消旋化.插层后,左旋多巴的羧基会和LDHs层板发生强的主客体相互作用(相互作用能为-1100kJ·mol-1),而无法成为质子接受体,外消旋化得到了抑制.从而证明了LDHs材料是一种很好的用来贮存和运载手性药物的载体.2.2分子力学方法分子力学方法起源于1970年左右,是依据经典力学(classical mechanics)的计算方法.此种方法主要依据Born-Oppenheimer近似原理,计算中将电子的运动忽略,而将系统的能量视为原子核位置的函数[23,24].以原子间相互作用势为基础,主要依据分子的力场计算分子的各种特性.该方法主要包括:能量最小化(energy minimization)、蒙持卡罗计算法(Monte Carlo method,MC)和分子动力学模拟(molecular dynamics simulation,MD).分子力场中的关于LDHs材料的结构参数通常可经由量子力学计算或实验方法得到.与量子力学相比较,此方法可以快速地得到分子的各种性质,但无法得到有关体系电子性质方面的结果.分子力学方法常被用于药物、团簇体、生化大分子的研究、复杂的有机阴离子(药物、氨基酸、DNA)插层LDHs复合材料超分子结构的优化计算.2.2.1能量最小化法能量最小化方法是将最初的结构进行模型修饰(model refinement)的过程,藉由分子力学的能量最小化来修正不利的非共价碰触及达到理想的键结合和能量最低的构型.分子力学方法主要计算包括键长、键角、二面角、静电作用力和范德华作用力等位能参数,它的能量计算公式:E total=E stretching+E bending+E dihedral+E out-of-plane+E cross terms+E van der Waals+E coulombic在分子力学方法中常用于能量最小化的力场有CHARMM[42],AMBER[43],CVFF[44],CFF91[45]或GROMOS[46]等.Fogg等[47]采用GULP程序(general utility lattice program)计算了Li/Al-LDHs-Cl、Li/Al-LDHs-Br和Li/ Al-LDHs-NO3体系的最优结构.模拟结果表明,能量最低时所得的结构与实验表征的结果相一致,能够较好地解释NO-3在Li/Al-LDHs-NO3层板间的无规律排列现象.这种计算方法同时也被认为是研究Li/ Al-LDHs-CO3、Li/Al-LDHs-SO4和Li/Al-LDHs-C2O4等体系层间间距和层间客体排布取向的有效手段. 2.2.2蒙特卡罗计算法蒙特卡罗计算法借由系统中质点(原子或分子)的随机运动,结合统计力学的概率分配原理,以得到体系的统计及热力学资料.此方法多用以研究复杂体系及金属的结构及其相变性质.蒙特卡罗计算法的弱点在于只能计算统计的平均值,不能追踪势能变化的路径,无法得到系统的动态信息[24].此计算所依据的随机运动并不适合物理学的运动原理,与其他的非量子计算方法相较亦非特别经济快速.因此,自分子动力学计算逐渐盛行后,蒙特卡罗计算方(a)Choudary et al.′s proposed mechanism(b)Greenwell et al.′s proposed mechanism图6两种可能的酯交换反应机理[38]Fig.6Two possible reaction mechanism for the transesterification reaction [38]797Acta Phys.-Chim.Sin.,2009Vol.25法已较少为人所采用.Kirkpatrick等[48]采用NMR与Monte Carlo模拟相结合的方法,观察模拟了SO2-3、SeO2-4、PO2-4、HPO3-4、MoO2-4、ClO-4、SeO2-3、CO2-3、F-、Cl-、Br-、I-、OH-和NO-3阴离子进入Li/Al和Mg/Al-LDHs后与层间水相互影响可能发生的三种膨胀情况,并分析了相对湿度(RH)对该体系膨胀行为的影响.类型I,明显膨胀行为,膨胀尺度为0.15-0.30nm,通过XRD和NMR 测定发现,层间水从单层排列转变为双层排列,与吸附水等温曲线相一致.类型II,轻微膨胀行为,膨胀尺度<0.05nm,伴随着大量的层间水交换行为;层间水在层间只呈单层排列,且随着RH的增加,层间阴离子会经历一个动力学无序化阶段.类型III,基本不产生膨胀行为,膨胀尺度为0-0.02nm,只有微量的层间水交换行为;由于层间客体的紧密排列,只有极少量的水分子被吸收进入层间.此外,由于阴离子的体积较小,使其和层板羟基之间存在着强烈的静电作用和氢键作用,导致RH对环境结构和阴离子的动态特征几乎没有影响.2.2.3分子动力学模拟分子动力学模拟是应用力场及根据牛顿运动力学原理所发展的计算方法[23],在物理学、化学、生物学和材料科学等许多领域中得到广泛地应用.与蒙特卡罗计算方法比较,分子动力学模拟时系统中粒子的运动有正确的物理依据.优点是精准性高,可同时获得系统的动态与热力学统计资料,并可广泛地适用于各种系统及各类特性的探讨.分子动力学模拟方法本身亦有一定的限制,由于此计算需要引用数理积分方法,因此仅能研究系统短时间范围内的运动,而无法模拟一些时间较长的运动问题[24].MD方法主要用于软性层状粘土材料的模拟,在可变层间空间条件下,计算LDHs层间客体(简单阴离子、有机大分子、生物分子)的排布方式及取向[49-55]、层间阴离子与主体层板的成键情况、吸附、水合膨胀特性模拟[50-59]以及氢键结构分析[57-60],预测化学反应的活性及产物分析[55],LDHs材料XRD图谱模拟计算[61,62],药物分子在层板间的存在形式、结合情况[63-65]、热效应[62]等方面的计算模拟研究.Ma等[50]对包含水分子和不同客体阴离子(CO2-3、SO2-4、OH-、F-、Cl-、Br-、NO-3)的α-Ni(OH)2(1)、β-Ni(OH)2 (2)和Ni/Al-LDHs(3)三个体系的结构进行了分子动力学模拟,发现对于α-Ni(OH)2和Ni/Al-LDHs体系,当层间阴离子为F-、Cl-、Br-、OH-、NO-3、CO2-3时,层间水分子的堆积模式为紧密堆积(如图7(a));当层间阴离子为SO2-4时,层间水分子的排列方式相对松散(如图7(b));且对于Ni/Al-LDHs-SO2-4体系,由于层间含水量较高,水分子在层间为双层排布(如图7(c)).同时,对β-Ni(OH)2体系水合能以及无水β-Ni(OH)2的相对结合能进行了有关计算,为不同阴离子在离子交换反应的相对亲和力提供了理论依据,并指出库仑引力是影响势能的主要因素,层间阴离子的净电荷和范德华半径以及层间水的含量都对结合能有显著的影响,尤其当层间为有机阴离子时,效果更为显著.Lombardo等[62]首次以实验XRD和MD相结合的方法应用于获取热处理过程中低晶状[Zn0.65Al0.35 (OH)2]Cl0.35·0.35H2O(I)和[Zn0.65Al0.35(OH)2](CO3)0.175·0.69H2O(II)的结构、动力学等性质.他们工作的亮点是MD模拟所得到的XRD谱图是通过计算一系列晶胞参数不同的结构模型拟合得到的,而不是传图7层间水分子的堆积方式[50]Fig.7Schematic to show possible packing styles of interlayer water molecules [50] 798。
层状双金属氢氧化物在绿色材料领域中的应用
http： / / www. hxtb. org
化学通报 2010 年 第 7 期
·609·
变溶液的 pH，或在不同电解质存在条件下，采用阴离 子 交 换 处 理，可 控 性 地 将 客 体 分 子 脱 嵌 出 来［1］；还 可以利用其吸附和离子交换能力吸附去除环境中的有害物质；而其二维的纳米层状结构可使其作为绿 色催化剂使用。由此可以看出，LDHs 纳米材料已在绿色材料方面展现出了诱人的前景。
Abstract Owing to the special two-dimensional planar nano-structure and excellent bio-compatibility，layered double hydroxides （ LDHs） can be hybridized with various materials. From small molecules such as drugs to large substances like polymers can be incorporated into LDHs via intercalation to produce novel eco- and bio-friendly nanocomposite materials. Then they can be not only used as biomolecule reservoir， drug nanocarrier， organic catalyst，adsorbents for environmental contaminant treatment，but also applied in the fields of optics，electrics and magnetics. In this paper，the structure，preparations，property of LDHs were introduced and their applications for green materials were reviewed，then the prospect of its development was also given.
钴锰层状双金属氢氧化物的制备及其电化学性能研究
钴锰层状双金属氢氧化物的制备及其电化学性能研究超级电容器因储能丰富、绿色环保、充放电速度快、循环寿命长、功率密度大而受到了极大的关注。
决定超级电容器性能的关键因素为电极材料。
在众多电极材料中,层状双金属氢氧化物(LDH)具有独特的层状结构,因此在催化剂、吸附剂、分子筛、超级电容器等众多领域都有很好的应用。
本文对其作为电极材料进行研究,首先选取钴、锰两种过渡金属元素,采用共沉淀法制备钴锰层状双金属氢氧化物(CoMn-LDH)。
然后,利用撞击流-旋转填料床(IS-RPB)对CoMn-LDH制备过程进行强化。
最后,引入聚吡咯(PPy)对CoMn-LDH性能进行改进。
主要研究内容如下:(1)共沉淀法制备CoMn-LDH基础研究。
在磁力搅拌条件下,将硫酸锰和硫酸钴的混合溶液与氢氧化钠反应进行CoMn-LDH制备。
主要研究了钴锰摩尔比,氢氧化钠浓度,晶化时间等操作参数对样品形貌、结构以及电化学性能的影响规律。
采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和比表面积分析仪(BET)等测试手段对材料的物性进行表征,采用电化学工作站和蓝电电池测试系统等测试手段进行电化学性能测试。
结果表明:CoMn-LDH制备过程的适宜操作条件为钴锰摩尔比为2:1,氢氧化钠浓度为2 mol/L,晶化时间为21 h。
在该条件下制得CoMn-LDH的粒子大小为388.9 nm,比表面积为59.5 m~2/g,比容量为952 F/g,经过1000次恒流充放电测试以后,比容量保持率为92.7%。
(2)超重力强化CoMn-LDH制备过程及其电化学性能研究。
通过IS-RPB对反应过程的混合进行强化。
首先通过高速摄像机对CoMn-LDH的成核时间进行粗测,结果表明:CoMn-LDH的成核时间小于4 ms,属于快速成核反应,可应用超重力技术强化其制备过程。
然后对IS-RPB填料转速与液体流量等操作参数进行优化。
层状金属氢氧化物的结构调控及其超级电容器应用进展
tors[ J] . Materials China, 2022, 41( 5) : 321- 330.
All Rights Reserved.
Recent Progress on Structure Regulation of
Layered Hydroxides and Their Application in Supercapacitors
摘 要: 随着环境污染与能源危机的加剧以及人类对能源的需求日益增长, 亟需寻找一种新型储能器件替代传统的化石燃
料。 超级电容器因其高功率密度、 长循环寿命、 宽温度范围、 高安全性、 环境友好的优势, 成为具有广泛应用前景的储能技
术。 然而, 受制于比电容( C) 低和电压窗口( V) 窄的影响, 超级电容器的能量密度难以满足储能市场的需求, 严重限制了其
电压较低, 水系超级电容器的工作电压通常不超过 1 V。
综上, 通过提升工作电压的方式来提升器件能量密度的
难度较高。 相对而言, 通过提升电极材料比电容来提升
器件能量密度是相对可行的途径 [8] 。
近年来, 具有赝电容特征的层状金属氢氧化物逐渐
成为超级电容器研究领域的新兴电极材料。 本文针对超
级电容器能量密不足这一挑战, 系统地总结了层状金
review summarizes the strategies for designing and optimizing inorganic layered hydroxides to enhance the specific capacitance by morphology and crystal structure regulation, respectively. We also expound our viewpoints on the future development prospects of the layered hydroxides for energy storage applications.
层状双金属氢氧化物_高分子纳米复合材料的研究进展_王永建
学特 性 也 可 以 通 过 合 成 参 数 与 阴 离 子 的 选 择 来 改 变 。 ［１４］ 这 些
特点使得 ＬＤＨ／ＰＮＣ 得到了快速的发展。
１ ＬＤＨ／ＰＮＣ 的结构
根据 ＬＤＨ／ＰＮＣ 的 不 同 结 构，ＬＤＨ／ＰＮＣ 可 以 被 分 为 ３ 种：（１）聚集型；分散到聚合物中的 ＬＤＨ 纳 米 粒 子 结 构 组 成 并 不发生改变。ＬＤＨ 层板以彼此 平 行 的 方 式 聚 集 在 一 起。（２） 插层型；ＬＤＨ 层间 插 层 基 团 为 聚 合 物 大 分 子 ，其 层 间 距 被 扩 大，ＬＤＨ 层板间的作用也因 此 被 减 弱，与 聚 集 型 一 样，层 板 也 以彼此平行的 方 式 聚 集 在 一 起 。 （３）剥 离 型；ＬＤＨ 的 层 板 被 剥 离 ，以 单 层 的 结 构 分 散 于 聚 合 物 中 。３ ［１５－１６］ 种 ＬＤＨ／ＰＮＣ 的结构见图 １。
Ｊｒ等 通 ［２７］ 过 模 板 合 成 法 合 成 了 ＬＤＨ／聚 苯 乙 烯 磺 酸 盐 （ＰＳＳ）和 ＬＤＨ／聚 乙 烯 磺 酸 盐 （ＰＶＳ）纳 米 复 合 材 料。 将 ＰＳＳ 或者 ＰＶＳ 溶 于 水 中，通 过 传 统 的 双 滴 法 就 可 以 获 得 ＬＤＨ／ ＰＳＳ与 ＬＤＨ／ＰＶＳ纳米复合材料。
层状双金属氢氧化物的剥离方法及其应用
层状双金属氢氧化物的剥离方法及其应用近年来，层状双金属氢氧化物作为一种新型二维材料，受到了广泛的关注。
其具有优秀的光电性能、电化学性能和可调控的晶格结构，因此在能源存储、催化剂、传感器等领域具有巨大的应用潜力。
然而，要实现这些应用，首先需要解决的问题之一就是层状双金属氢氧化物的剥离方法。
1. 剥离方法1.1 机械剥离机械剥离是最常见的一种方法，通过机械力（如剥离膜、剥离垫等）来剥离层状双金属氢氧化物。
这种方法简单易行，但存在剥离效率低、可能造成结构破坏等问题。
1.2 化学剥离化学剥离通过对层状双金属氢氧化物进行化学处理，使其层层分离。
常用的化学剥离方法包括酸碱洗涤、离子交换等。
这种方法可以高效剥离，并且对晶体结构影响较小，但需要注意对环境和人体的安全。
1.3 气相剥离气相剥离是将层状双金属氢氧化物放置在特定气氛下进行热处理，通过气相分解来实现剥离。
这种方法操作简单，剥离效果好，但对操作环境和气氛要求严格。
2. 应用2.1 能源存储层状双金属氢氧化物在电化学储能领域有着广泛的应用。
其大比表面积和丰富的活性位点使其成为优秀的电极材料，可以应用于电容器、锂离子电池等设备中。
2.2 催化剂层状双金属氢氧化物在催化剂领域也有着重要的应用。
其特殊的结构和化学性质使其成为优秀的氧还原、氢析出等催化剂，具有很高的催化活性和稳定性。
2.3 传感器由于层状双金属氢氧化物的可调控晶格结构和优秀的电化学性能，使得其在传感器领域有着广阔的应用前景。
例如应用在气体传感、生物传感等领域，取得了很好的效果。
总结回顾本文首先介绍了层状双金属氢氧化物的剥离方法，包括机械剥离、化学剥离和气相剥离，并分析了它们的优缺点。
随后，本文重点介绍了层状双金属氢氧化物在能源存储、催化剂和传感器等领域的应用，并阐述了其在这些领域的应用前景。
个人观点和理解层状双金属氢氧化物的剥离方法和应用是一个非常具有挑战性和前景的研究领域。
在剥离方法方面，需要综合考虑剥离效率、结构破坏和环境安全等因素；在应用方面，需要不断深入挖掘其在能源存储、催化剂和传感器等领域的潜在价值。
2,3-二巯基丁二酸 层状双金属氢氧化物
2,3-二巯基丁二酸层状双金属氢氧化物
2,3-二巯基丁二酸是一种有机化合物，化学式为C4H6O4S2。
它是一种无色晶体，可溶于水和醇，常用于生物化学和药物化学中。
层状双金属氢氧化物是一种无机化合物，由两种金属离子和氢氧化物离子组成。
它具有层状结构，其中金属离子和氢氧化物离子以一定的比例排列在一起。
2,3-二巯基丁二酸层状双金属氢氧化物是将2,3-二巯基丁二酸与层状双金属氢氧化物结合而成的化合物，具有一定的生物活性和药理作用。
它常用于治疗一些炎症、肿瘤等疾病。
层状双金属氢氧化物形成机理的研究现状
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2018年第37卷第1期·128·化 工 进展层状双金属氢氧化物形成机理的研究现状张胜寒，陈玉强，姜亚青，孙晨皓（华北电力大学(保定)环境科学与工程系，河北 保定071000）摘要：近年来，层状双金属氢氧化物（LDH ）凭借特殊的层状结构、极强的可调控性能、优异的环境兼容性及显著的应用效果等特点，在环保、催化、储能、传感等领域得到广泛关注。
国内外多数研究集中于LDH 可控合成工艺的改进完善及LDH 的应用探索，但迄今对制备LDH 时涉及其组成结构形貌的变化过程，即其形成机理的关注较少，相关机制解释模糊，深入研究其形成过程对于可控制备具有独特形貌和特定组成的LDH 及开发更深层次的应用具有至关重要的作用。
本文介绍了LDH 层板形成机理的3个主要研究方向，即以二价金属氢氧化物的存在为基础、以三价金属氢氧化物的存在为基础和拓扑相变机制，并分别进行了阐述辨析及对比分析，发现LDH 层板的形成是一个极其复杂的过程，多种机制往往共同作用，总结认为固液及液液反应在初期成核阶段占据主导地位，各自作用程度及不同层板构筑机制产生的主导作用易受到外界环境因素影响，而更为普遍的LDH 形成机制解释需要归纳总结更多LDH 层板构筑的区别和规律，宏观和微观上探索形成过程的内在机理及科学本质，以期为LDH 开发拓展提供理论基础。
关键词：层状双金属氢氧化物；形成机理；氢氧化物；拓扑相变；化学反应中图分类号：TQ13; O611.64 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）01–0128–12 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0779R esearch progress of layered double hydroxide formation mechanismsZHANG Shenghan ，CHEN Yuqiang ，JIANG Yaqing ，SUN Chenhao（Department of Environment Science and Engineering ，North China Electric Power University ，Baoding 071000，Hebei ，China ）Abstract ：Layered double hydroxide （LDH ）are a kind of promising special multifunctional layeredmaterials ，which have the excellent regulatable capability ，perfect environmental compatibility and remarkable efficiency ，so they have been studied extensively in environmental protection ，catalysis ，energy storage ，transducer and other fields. Most researches are conducted on the improvement of tailored synthesis methods and application of LDH ，whereas the research on the transformation of LDH （composition ，structure and morphology ）is rare ，especially on the general formation mechanism of LDH. The controllable preparation and in-depth applications of LDH with unique morphology and specific composition are highly demanded. An overview and comparison are presented on the interpretations of primary LDH laminate formation mechanisms which are the existence of divalent metal hydroxide ，the existence of trivalent metal hydroxides and the direct topological phase transition mechanism. The solid-liquid and liquid-liquid reactions are thought to play a dominant role in the initial nucleation stage ，while the multiple mechanisms ，the various influences and the mastery reaction are easily affected by the external conditions. To obtain a more universal mechanistic insight on LDH究方向为金属腐蚀与防护及废水处理。
层状复合金属氢氧化物的研究概况
层状复合金属氢氧化物的研究概况水滑石类阴离子粘土，主要是指水滑石（Hydrotalcite，简写为HT）和类水滑石（Hydrotalcite like compound，简写为HTlcs）。
又称其为层状复合金属氢氧化物（Layered Double Hydroxide，简写为LDHs），这种命名是因为一般由两种或两种以上金属的氢氧化物构成其主体结构，它们的插层产物，我们称之为插层结构水滑石。
水滑石类层状材料（LDHs）包含了水滑石、类水滑石和插层结构的水滑石。
标签：复合金属；氢氧化物；层状LDHs已经具有了100多年的发展历史，在1942年，通过金属盐溶液和碱金属氢氧化物反应，Feitknecht等首次合成了LDHs，并具有其为双层结构的想法。
1969年，Allmann等进行了各方面研究，LDHs的单晶结构第一次被测定并确定了出来。
近些年来，人们对于LDHs的认识越来越深刻，对超分子化学进行了定义并提出了插层组装的概念，在LDHs的研究工作方面，具有了更多的理论和数据支持。
LDHs的主体层板内存在着比较强的共价键，层体间的作用力相对比较弱，通过静电作用、氢键和范德华力等力的作用，主客体之间进行结合，主、客体排列方式比较有序，这种材料我们称之为一类具有超分子结构的复合材料。
此类材料具有特殊的结构和性质，这样就使其具备了LDHs主体和插层客体的共同优点，此类材料具有非常广阔的应用前景，特别是在催化、吸附、光化学、阻燃等化工和其他领域。
1 LDHs的基本结构LDHs所具有的通式为[M2+1-xM3+x（OH）2]x+[An-x/n]·mH2O[33-35]，式中M2+，M3+代表二价金属阳离子和三价金属阳离子；x=M3+/（M2++M3+）的摩尔比；An-代表带有n个负电荷的阴离子；m代表结晶水量。
M2+和M3+离子均匀的分布于层体间。
LDHs主体层板间存在着较强的共价键作用，且位于层间的客体阴离子和层板间是以氢键、范德华力等相互作用，主体和客体通过相互作用间的方向性、选择性和协同性通过有序的方式进行排列，插入层板之间形成超分子插层结构。
层状双金属氢氧化物及其衍生物电催化剂的制备与性能研究
在设定的电位下，测量电流随时间变化的关系，可以评估催化剂的稳定性。
电化学活性表征
活性物种表征
通过对比催化剂在电化学反应前后的物种变化，可以确定催化剂上参与反应的活性物种。
反应机理研究
通过分析电化学反应过程中电流随时间的变化规律，结合活性物种表征结果，可以揭示电化学反应机 理。
随着研究的深入，LDH及其衍生物的制备方 法和结构与性能关系等方面已经取得了一定 的进展，但仍然存在许多问题需要进一步解 决。例如，如何实现催化剂的高效制备和规 模化生产、如何提高催化剂的稳定性和耐久 性、如何深入理解催化剂的结构与性能关系
等方面的问题。
研究内容、目的和方法
研究内容：本课题旨在开发高效、稳 定的LDH及其衍生物电催化剂，研究 其制备方法、结构与性能关系等方面 的问题。具体研究内容包括
《层状双金属氢氧化物及其 衍生物电催化剂的制备与性
能研究》 2023-10-30
contents
目录
• 绪论 • 层状双金属氢氧化物及其衍生物的制备 • 层状双金属氢氧化物及其衍生物电催化剂
的物理和化学性质 • 层状双金属氢氧化物及其衍生物电催化剂
在燃料电池中的应用研究
contents
目录
• 层状双金属氢氧化物及其衍生物电催化剂 在锌空电池中的应用研究
02
层状双金属氢氧化物及其 衍生物的制备
制备方法概述
化学气相沉积（CVD）
利用前驱体在高温下发生化学反应，生成 目标产物。
溶液法
通过控制反应条件，从溶液中合成目标产 物。
物理法
利用物理手段，如机械研磨、激光诱导等 ，制备目标产物。
实验材料与设备
层状双金属氢氧化物氟化铵
层状双金属氢氧化物氟化铵
双金属氢氧化物氟化铵是一种新型的催化剂，广泛用于燃料电池反应、有机合成反应、金属氧化反应和生物质热解等，具有良好的催化活性。
它的结构是由氢氧化钠和氟化铵共同形成的多层状结构，具有良好的催化作用效果。
双金属氢氧化物氟化铵的催化活性主要取决于它的结构特性。
由于它具有多层状结构，它可以有效地吸收和释放离子催化剂，从而提高催化活性。
此外，多层状双金属氢氧化物氟化铵结构可以改变结构表面的活性，改善催化剂的性能。
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层状金属氢氧化物
层状金属氢氧化物（Layered metal hydroxides，LMHs）是一类由金属阳离子和氢氧根离子构成的化合物，其晶体结构为层状结构。
LMHs具有结构稳定、阻燃、吸附、催化等性质，在电池、药物递送、水处理等领域具有广阔的应用前景。
一、层状金属氢氧化物的特点
1.层状结构：金属阳离子与氢氧根离子按照规律排列形成的层状结构，其层状结构决定了其特殊的化学性质。
2.多样的金属阳离子：LMHs中可有Mg2+、Al3+、Fe3+、Co2+、Ni2+、Zn2+等金属阳离子构成，不同金属阳离子对LMHs的结构、性质产生了显著影响。
3.可调控性：通过改变LMHs中金属离子的种类、比例、掺杂等方式，可调控其结构、孔径等性质，进而拓展其应用范围。
二、层状金属氢氧化物的应用
1.电化学：LMHs作为电池材料有着广泛应用。
其中最为著名的是镍氢电池，其正极材料主要为基于Ni(OH)2的LMHs。
2.催化：由于层状结构具有很大的表面积和活性位点，LMHs 在催化反应中具有优异的表现。
例如，以亲水性的层状双金属氢氧化物为催化剂，能有效催化苯乙烯氧化反应。
3.阻燃：LMHs中的金属离子和氢氧根离子在燃烧时能够发挥
吸热和稳定气相反应的作用，具有良好的阻燃效果。
近年来，LMHs在阻燃塑料中的应用越来越广泛。
4.药物递送：层状结构具有较大的孔径和对生物体温有趋近于
理想的热稳定性，因此在药物递送领域具有应用前景。
例如，以锌铝双金属氢氧化物为载药体系，能够实现对药物的高效包载和缓慢释放。
5.水处理：层状结构的金属氢氧化物具有吸附能力较强的特性，可以用于废水处理等领域。
例如，以锌铝双金属氢氧化物为吸附剂，可以有效去除废水中的铅离子。
以上是层状金属氢氧化物的特点及其应用领域的简要介绍。
随着科学技术的不断进步，层状金属氢氧化物的应用范围将会更加广泛，为人类的生产生活带来更多创新和便利。