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。

水滑石的性质包括碱性，层间阴离子的可交换性，组成和结构的可调控性，热稳定性等性质使LDHs成为一类非常值得研究和具有应用前景的新型材料。

2 LDHs的应用
LDHs的特殊结构使其产生了多种功能，成为近年来许多发达国家研究和开发的新型材料。

LDHs在结构和组成上的很多性质使LDHs成为一种在催化、离子交换和吸附、光电磁及分子容器等方面具有开阔前景的新型功能材料。

2.1 LDHs在催化领域的应用
近年来，由于LDHs奇特的层状结构和性质，人们越来越关注于水滑石类化合物，在催化领域LDHs被广泛应用。

在很多催化反应中，LDHs及其焙烧产物LDO作为氧化还原催化剂、碱性催化剂以及催化剂载体等被广泛应用。

目前，对于催化领域的研究来说，主要有两个大方向用于水滑石类材料：第一类应用于催化聚合、甲烷或烃类重整、高级醇和烃的合成等众多有机反应中，有的反应直接利用水滑石作为催化剂，有的以水滑石为前体焙烧得到的混合氧化物作为催化剂，而有些直接以水滑石作为催化剂载体；第二类是把LDHs用作前驱体，将杂多化合物等物质嵌入到水滑石层间获得多功能层状催化材料，这些材料广泛应用于择形催化、光催化和电化学催化等反应中；此外，还可以被用来作为稳定均相催化剂和仿生催化剂以及用于制备负载型催化剂。

负载型催化剂负载型金属催化剂使金属催化剂活性组分有更高的分散度和更合适的粒度、载体与金属还可能存在着协同效应特性，表现出较高的催化活性，而且降低了催化活性组分金属的消耗量，降低了实验和应用成本。

水滑石作为载体具有优异的性能。

Takato Mitsudome将水滑石浸渍硝酸银溶液，然后用H2进行还原，得到了水滑石负载银催化剂，用于催化无氧化剂醇脱氢反应，取得了很好的催化效果。

2.2 LDHs在催化烯烃环氧化中的应用
环氧化合物是商业上非常重要的中间体，环氧乙烷官能团非常活泼，能通过特定开环反应，转化成众多产品，用作化学品或者药物。

环氧苯乙烷作为有机合成工业、制药工业、香料工业的重要中间体，可以用作环氧树脂稀释剂、Uv-吸收剂、增香剂，如环氧苯乙烷催化加氢制得的β-苯乙醇是玫瑰油、丁香油、橙花油的主要成分。

催化苯乙烯环氧化制备环氧苯乙烯是非常实用的反应，环氧苯乙烷又称为氧化苯乙烯或者苯基环氧乙烷，是一个非常重要的工业有机中间体。

众多多相催化剂，例如金属氧化物，金属簇，金属有机催化剂，常被用于以过氧化氢叔丁基为氧化剂，催化苯乙烯环氧化。

例如金簇，银簇等表现出对环氧化苯乙烯很好的催化剂活性。

烯烃的环氧化是非常重要的反应，传统上，烯烃的环氧化经常以过氧酸作为氧化剂，或者通过卤醇法过程。

这些过程产生很多的废物。

现在，有机过氧化物特别是过氧化氢，在多相催化剂催化条件下，被用作烯烃环氧化的氧化剂。

研究新型环氧苯乙烷的绿色制备路径同时保证原料充分的利用成为当前的研究热点。

近年来，鉴于环氧化物的广泛应用前景及其制备方法的高成本高污染性，研究新型简捷高效的环氧化物制备路径成为学术研究和工业生产的关注焦点。

由于水滑石类化合物属于碱性载体，在催化反应中，可以有效抑制环氧苯乙烷的开环，提高目标产物环氧苯乙烷的选择性。

例如，Zhang将Au負载在LDHs，研究了对苯乙烯环氧化的催化反应，实现载体跟金属的协同作用[1]。

参考文献
[1]Fa Z Z，Fei X Z，Hong C F，Bo L，Tao C，Wei L，Dong X L，and Long S X.Crystal-Face-Selective Supporting of Gold Nanoparticles on Layered Double Hydroxide as Efficient Catalyst for Epoxidation of Styrene[J].ACS.Catal.，2011，1232–1237。