肉桂酸插层水滑石的制备及荧光效果的.doc

肉桂酸插层水滑石的制备及荧光效果的研究
摘要：
1水滑石
1.1水滑石的概述
水滑石材料属于阴离子型层状化合物。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，利用层状化合物主体在强极性分子作用下所具有的可插层性和层间离子的可交换性，将一些功能性客体物质引入层间空隙并将层板距离撑开从而形成层柱化合物。水滑石类化合物(LDHs)是一类具有层状结构的新型无机功能材料，LDHs的主体层板化学组成与其层板阳离子特性、层板电荷密度或者阴离子交换量、超分子插层结构等因素密切相关。一般来讲，只要金属阳离子具有适宜的离子半径（与Mg2+的离子半径0.072nm相差不大）和电荷数，均可形成LDHs层板。其化学组成可以表示为：［M2+1-xM3+X(OH)2］x+An-x/n·mH2O［1］，其中M2+可以是Mg2+、Zn2+、Ni2+等二价金属离子，M3+则代表Al3+、Cr3+、Fe3+等三价金属离子，下标x指三价金属元素在金属总量中的摩尔分数，An-代表层间阴离子，m是层间水的摩尔数，当x值在0.2~0.33之间，即MⅡ/MⅢ摩尔比介于2～4之间时能得到结构完整的LDHs。在LDHs晶体结构中，由于受晶格能最低效应及其晶格定位效应的影响，使得金属离子在层板上以一定方式均匀分布，即在层板上每一个微小的结构单元中，其化学组成不变。水滑石层板内原子间以共价键连接，层间阴离子以弱化学键与板层相连，同时起着平衡骨架电荷的作用［2］。
水滑石类阴离子粘土主要有：水滑石(Hydrotalcite,简称HT)和类水滑石化合物(Hydrotalcitelikecompound简称Hylc)。
1.2水滑石的组成和结构
水滑石（Hydrotalcite，简称HT）是一种天然矿物，其矿储量不多，天然存在的水滑石大都是镁铝水滑石，其晶体为六方晶系。由于他们的主体成份一般是由两种金属的氢氧化物构成，因此又称其为双金属氢氧化物(LayeredDoubleHydroxide,简写为LDH)。他们的插层化合物称为柱撑水滑石(pillaredLDH)。水滑石、类水滑石和柱撑水滑石统称为水滑石层柱材料(LDHs)。其层间阴离子主要局限为CO32-，分子组Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O。1842年Hochstetter首先从片岩矿层中发现了天然水滑石矿[3],二十世纪初由于人们发现了LDH对氢加成反应具有催化作用而开始对其结构进行研究；1969年Allmann等人通过测定LDHs单晶的结构，首次确认了LDHs的层状结构[4,5]，它是由带正电荷的主体层板和层间阴离子通过非共价键的相互作用组装而成化合物，结构类似水镁石Mg(OH)2，由MgO6八面体共用棱形成单元层，层板不带电，层与层之间通过氢键作用相互堆积，位于层上的Mg2+可在一定范围内被半径相似的Al3+同晶取代，使得Mg2+、Al3+、OH-层带正电，层间可交换的阴离子CO32-与层上正电荷平衡，使得这一结构呈电中性[6]。由于层板和层间阴离子通过氢键连接，使得LDHs层间阴离子具有可交换性。此外，层间存在一些水分子，这些水分子以结晶水形式存在，起着平衡层状结构的作用且在不破坏层状结构的条件下可以除去。
1.3水滑石的性质
1.3.1碱性
LDHs的层板由镁八面体和铝氧八面体组成。所以，具有较强的碱性[7]。不同的LDHs的碱性强弱与组成中二价金属氢氧化物的碱性强弱基本一致，但由于它一般具有很小的比表面积(约5~20m2/g)，表观碱性较小，其较强的碱性往往在其煅烧产物LDO中表现出来。LDO一般具有较高的比表面积(约200~300m2/g)三种强度不同的碱中心和不同的酸中心，其结构中间中心充分暴露，使其具有比LDH更强的碱性。
1.3.2层间阴离子的可交换性
LDHs的结构特点使其层间阴离子可与各种阴离子，包括无机离子、有机离子、同种离子、杂多酸离子以及配位化合物的阴离子进行交换[7]。利用LDHs的这种性质可以调变层间阴离子的种类合成不同类型的LDHs，并赋予其不同的性质，从而得到一类具有不同功能的新材料。
1.3.3热稳定性能
LDHs加热到一定温度发生分解，热分解过程包括脱层间水，脱碳酸根离子，层板羟基脱水等步骤。在空气中低于200℃时，仅失去层间水分，对其结构无影响，当加热到250~450℃时，失去更多的水分，同时有CO2生成，加热到450~500℃时，CO32-消失，完全转变为CO2，生成双金属复合氧化物（LDO）[8]。在加热过程中，LDHs的有序层状结构被破坏，表面积增加，孔容增加。当加热温度超过600℃时，则分解后形成的金属氧化物开始烧结，致使表面积降低，孔体积减小，通常形成尖晶石MgAl2O4和MgO。
1.3.4记忆效应
在一定温