层状双羟基复合金属氧化物薄膜的取向组装及催化性能研究

论文摘要

层状双羟基复合金属氧化物（LDHs）是一类阴离子型层状功能材料，已经作为高性能催化材料、吸附材料、分离材料、功能性助剂材料、生物材料和医药材料等应用于国民经济诸多行业。另外，它在光、电、磁等功能材料和化工微器件等领域也显示出广阔的应用前景。将已经得到广泛应用的LDHs粉体材料进行薄膜化或固载化，有可能为创制新型功能器件提供一条新途径。本论文通过在聚苯乙烯、云母和金属铝基体上组装LDHs，探讨了LDHs的取向成膜和固载化机制；为发展LDHs结构化催化剂，研究了以云母为基体的固载化LDHs和以金属铝为基体的LDHs薄膜的催化性能，并与LDHs粉体的催化性能进行了对比。具体的研究内容和实验结果如下： 1、采用不同方法在表面磺化的聚苯乙烯基体上组装了LDHs薄膜。（1）首先采用气—液接触法组装了MgAl-和ZnAl-LDHs薄膜。实验中通过调变（NH4）2CO3的分解速率来控制溶液体系的pH梯度，由此获得了粒径分布均匀的MgAl-和ZnAl-LDHs粉体，进而采用该方法合成了表面光滑且致密的MgAl-和ZnAl-LDHs薄膜。（2）进一步采用尿素分解法，通过控制阴离子OH-和CO32-的释放，在表面磺化的聚苯乙烯基体上仿生合成了具有定向性的MgAl-LDHs薄膜。膜层中MgAl-LDHs的（00l）晶面垂直于基体表面，具有定向、致密等优点。（3）为了得到另外一种定向LDHs薄膜，采用超声波分散处理，在水、乙醇或丙酮分散介质中通过氢键作用将MgAl-LDHs晶粒固载在磺化的聚苯乙烯基体表面。该LDHs的（00l）晶面平行于基体表面，形成了致密的单分散层。 2、采用尿素分解法，在云母表面实现了LDHs的固载化。通过尿素分解控制阴离子的释放，在云母表面外延生长出MgAl-LDHs，从而将MgAl-LDHs固载在云母基体上。LDHs晶粒是通过化学键作用生长于云母表面的。 3、采用尿素分解法，在金属铝表面实现了LDHs薄膜的取向组装。通过尿素分解控制阴离子的释放，在经表面阳极氧化的铝基体表面原位生长出了（00l）

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 层状双羟基复合金属氧化物（LDHs）
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 LDHs的结构
• 1.1.3 LDHs的性质
• 1.1.4 LDHs的制备方法
• 1.1.5 LDHs的催化应用
• 1.1.6 LDHs在其它方面的应用
• 1.2 无机薄膜
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 无机薄膜的制备技术
• 1.3 结构化催化剂
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 结构化催化剂的特点
• 1.4 LDHs薄膜及其催化性能研究现状
• 1.5 本课题的研究内容、目的和意义
• 第二章 以聚苯乙烯为基体制备LDHs薄膜
• 第一部分 气—液接触法制备LDHs及其薄膜
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 材料和药品
• 2.2.2 LDHs粉体和LDHs薄膜的制备
• 2.2.3 表征方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 LDHs粉体和薄膜的合成
• 2.3.2 LDHs粉体的表征
• 2.3.3 LDHs薄膜的表征
• 2.4 小结
• 第二部分 尿素分解法制备取向LDHs薄膜
• 2.5 引言
• 2.6 实验部分
• 2.6.1 原材料
• 2.6.2 LDHs薄膜的合成
• 2.6.3 LDHs在聚苯乙烯表面的定向
• 2.6.4 表征方法
• 2.7 结果与讨论
• 2.7.1 膜的形貌和结构表征
• 2.7.2 聚苯乙烯基体表面磺化程度对膜微观结构的影响
• 2.7.3 金属离子配比对薄膜组成的影响
• 2.7.4 反应时间对膜生长的影响
• 2.7.5 反应温度对膜生长的影响
• 2.7.6 总金属阳离子浓度对膜生长的影响
• 2.7.7 膜的制备机理探讨
• 2.7.8 LDHs在聚苯乙烯表面的定向固定
• 2.8 小结
• 第三章 以云母为基体固载LDHs
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原材料
• 3.2.2 固载化样品的制备
• 3.2.3 表征方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 固载化样品的结构
• 3.3.2 LDHs在云母表面的生长
• 3.3.3 合成温度对的LDHs生长的影响
• 3.4 小结
• 第四章 以铝为基体制备取向LDHs薄膜
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 铝片的阳极氧化
• 4.2.2 LDHs薄膜的制备
• 4.2.3 样品的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 小结
• 第五章 MgAl-LDHs粉体、固载化和薄膜催化剂的催化性能
• 第一部分 活化MgAl-LDHs粉体的丙酮自缩合催化性能
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 催化剂及其前体的制备
• 5.2.2 催化剂及其前体的表征
• 5.2.3 催化剂表面碱性和酸性的表征
• 5.2.4 催化性能的测试
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 催化剂及其前体结构的表征
• 5.3.2 催化剂的表面碱性和酸性
• 5.3.3 催化性能
• 5.3.4 酸—碱催化机理的探讨
• 5.4 小结
• 第二部分 以云母为基体的固载化MgAl-LDHs的丙酮自缩合催化性能
• 5.5 引言
• 5.6 实验部分
• 5.6.1 材料
• 5.6.2 固载化样品的活化
• 5.6.3 表征方法
• 5.6.4 催化性能测试
• 5.7 结果与讨论
• 5.7.1 固载化催化剂的活化
• 5.7.2 固载化催化剂的催化性能
• 5.8 小结
• 第三部分 以铝为基体的MgAl-LDHs薄膜的丙酮自缩合催化性能
• 5.9 引言
• 5.10 实验部分
• 5.10.1 材料
• 5.10.2 薄膜的活化
• 5.10.3 活化样品的表征
• 5.10.4 催化性能测试
• 5.11 结果与讨论
• 5.11.1 薄膜的活化
• 5.11.2 薄膜的催化性能
• 5.12 小结
• 第六章 结论
• 本论文的创新点
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介