LMH及LMH超分子纳米复合材料的制备和性质研究

论文摘要

层状金属氢氧化物（layered metal hydroxide，简称LMH）是由两种或两种以上金属离子组成的具有层状晶体结构的氢氧化物，层片带结构正电荷，层间存在可交换的阴离子。以LMH为主体，可将功能性分子或离子作为客体插入（或组装）到LMH层间，得到具有新功能或多功能的超分子纳米复合材料（supramolecular nanocomposite material,简称SNM）。LMH的化学组成和结构在微观上具有可调控性和整体均匀性，煅烧后能够得到组成和结构均匀的尖晶石型铁氧体，具有优良的磁学性能。由于LMH及其煅烧产物在众多领域有极高的潜在应用价值，如在催化剂或催化剂载体、纳米反应器、电流变材料、导电材料、离子交换剂、污水处理、基因药物载体、光电活性材料的捕获与可控释放等方面都具有广阔的应用前景，因而日益引起人们的关注。 本文首先系统研究了纯相Ni-Fe、Co-Fe和Ni-Zn-Fe-LMH的制备，合成了两个系列具有光致变色功能的液晶材料并且对其液晶行为及光致变色规律进行了研究；将含偶氮苯基团的一种液晶材料和两种指示剂（染料）插入LMH主体层间，获得新型有机／LMH超分子纳米复合材料；最后从磁性角度研究了系列LMH及其煅烧产物的磁学性能，以期加深对有机／LMH纳米复合材料和LMH基磁性材料制备规律和性能的科学认识，为其应用开发提供科学依据。 一、纯相Ni-Fe、Co-Fe和Ni-Zn-Fe-LMH的制备及表征 系统研究了二元Ni-Fe、Co-Fe-LMH和三元Ni-Zn-Fe-LMH的制备规律，考察了影响其性能的因素，探索出纯相LMH的最佳制备条件。获得纯相类水滑石的最佳合成条件分别为：Ni-Fe-LMH，终点pH=11，晶化温度70℃，晶化时间12h；Co-Fe-LMH，终点pH=8，晶化温度70℃，晶化时间12h；Ni-Zn-Fe-LMH，终点pH=8.5，晶化温度30℃，晶化时间2h。利用XRD、FT-IR、TEM、TG-DTA、粒度分析、元素分析等手段对样品的化学组成、晶体结构和形貌进行了表征，发现样品均具有典型的类水滑石结构。样品颗粒均为较规则的六边形片状粒子；TEM表明粒子的平均晶粒度在40～100nm之间，Scherrer公式计算结果约为30nm，粒度分布仪结果在190～410nm之间；样品均具有典型的类水滑石红外光谱，随M2+／Fe3+摩尔比的增大，红外谱图中羟基振动以及层板金属离子晶格振动都出现不同程度的红移。在实验范围内，Ni2+和Zn2+对Ni-Zn-Fe-LMH产品晶态

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要（ABSTRACT）
• 第一章 前言
• 1.1 超分子纳米复合材料的提出
• 1.1.1 超分子的提出
• 1.1.2 纳米复合材料
• 1.1.3 超分子纳米复合材料
• 1.2 LMH及LMH超分子纳米复合材料的研究现状
• 1.2.1 层状金属氢氧化物的结构特点
• 1.2.2 层状金属氢氧化物的制备研究
• 1.2.3 超分子纳米复合材料的制备研究
• 1.2.4 超分子纳米复合材料的表征方法
• 1.2.5 超分子纳米复合材料的应用研究
• 1.2.6 超分子纳米复合材料的应用展望
• 1.3 基于LMH的磁性纳米复合材料的研究现状
• 1.3.1 磁性纳米复合材料的制备
• 1.3.2 磁性纳米复合材料的表征
• 1.3.3 磁性纳米复合材料的应用研究
• 1.4 本论文的主要研究内容及目的和意义
• 参考文献
• 第二章 实验仪器设备及原料
• 2.1 主要实验仪器及设备
• 2.2 实验原料及试剂
• 第三章 LMH超分子纳米复合材料主体制备及晶体结构研究
• 3.1 LMH主体制备及表征
• 3.1.1 LMH主体制备
• 3.1.2 LMH主体结构表征和组成分析
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 Mg-Al-Cl-LMH组成与结构
• 3.2.2 二元 Ni-Fe-Cl-LMH和 Co-Fe-Cl-LMH的制备与结构研究
• 3.2.2.1 Ni-Fe-Cl-LMH最佳合成条件的选择
• 3.2.2.2 Co-Fe-Cl-LMH最佳合成条件的选择
• 3.2.2.3 二元 Ni-Fe-Cl-LMH和 Co-Fe-Cl-LMH组成及结构分析
• 3.2.3 三元 Ni-Zn-Fe-Cl-LMH制备与结构研究
• 3.2.3.1 Ni-Zn-Fe-Cl-LMH最佳合成条件的选择
• 3.2.3.2 Ni-Zn-Fe-Cl-LMH组成及结构分析
• 3.2.4 二元、三元 LMH的热稳定性研究
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 第四章 LMH超分子纳米复合材料的研究
• 4.1 光致变色液晶材料的研究
• 4.1.1 偶氮液晶基元和星型液晶的制备
• 4.1.2 偶氮液晶基元和星型液晶的的结构表征
• 4.1.2.1 结构表征仪器设备
• 4.1.2.2 结构表征结果分析
• 4.1.3 偶氮液晶基元和星型液晶的液晶行为研究
• 4.1.3.1 液晶基元 C4样品的相行为
• 4.1.3.2 液晶基元 C6样品的相行为
• 4.1.3.3 星型液晶化合物S4的相行为
• 4.1.3.4 星型液晶化合物S6的相行为
• 4.1.4 偶氮类液晶的光致变色反应
• 4.1.4.1 光致变色反应实验
• 4.1.4.2 光致变色反应实验结果与讨论
• 4.2 LMH超分子纳米复合材料的制备及表征
• 4.2.1 LMH超分子纳米复合材料的制备
• 4.2.1.1 MO-LMH超分子纳米复合材料的制备
• 4.2.1.2 MR-LMH超分子纳米复合材料的制备
• 4.2.1.3 C4-LMH超分子纳米复合材料的制备
• 4.2.2 LMH超分子纳米复合材料的表征和组成分析
• 4.2.3 LMH超分子纳米复合材料的结果与讨论
• 4.2.3.1 MO-LMH的组成与结构分析
• 4.2.3.2 MR-LMH的组成与结构分析
• 4.2.3.3 C4-LMH的组成与结构分析
• 4.3 LMH超分子纳米复合材料热稳定性研究
• 4.3.1 MO-LMH的热稳定性分析
• 4.3.2 MR-LMH的热稳定性分析
• 4.3.3 C4-LMH的热稳定性分析
• 4.4 LMH超分子纳米复合材料表面性质研究
• 4.5 插层 LMH纳米复合材料的超分子结构模型
• 4.6 C4-LMH液晶性研究初探
• 4.7 本章小结
• 参考文献
• 第五章 LMH及其锻烧产物的结构与磁性研究
• 5.1 LMH的磁性研究
• 5.1.1 样品制备与结构表征
• 5.1.2 二元、三元 LMH的磁性表征
• 5.1.3 结果与讨论
• 5.1.3.1 Ni-Fe-LMH磁性测量结果与讨论
• 5.1.3.2 Co-Fe-LMH磁性测量结果与讨论
• 5.1.3.3 Ni-Zn-Fe-LMH磁性测量结果与讨论
• 5.2 LMH煅烧产物的结构与磁性研究
• 5.2.1 基于 LMH纳米复合材料的制备
• 5.2.2 纳米复合材料的表征和组成分析
• 5.2.2.1 Ni-Fe-LMH煅烧样品表征和组成
• 5.2.2.2 Co-Fe-LMH煅烧样品表征和组成
• 5.2.2.3 Ni-Zn-Fe-LMH煅烧样品表征和组成
• 5.2.3 LMH锻烧产物的磁性研究
• 5.2.3.1 Ni-Fe-LMH锻烧样品磁性测量结果与讨论
• 5.2.3.2 Co-Fe-LMH煅烧样品磁性测量结果与讨论
• 5.2.3.3 Ni-Zn-Fe-LMH锻烧样品磁性测量结果与讨论
• 5.2.3.4 结果与讨论
• 5.3 LMH及其锻烧产物的表面性质研究
• 5.3.1 Ni-Fe-LMH及其锻烧产物的表面性质研究
• 5.3.2 Ni-Zn-Fe-LMH及其煅烧产物的表面性质研究
• 5.3.3 Mg-Al-LMH及其锻烧产物的表面性质研究
• 5.3.4 结果与讨论
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 结论及创新点
• 博士期间发表论文情况
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表