[发明专利]一种以普鲁士蓝为原料合成含铁类水滑石的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料制备技术领域，特别涉及涉及一种利用颜料普鲁士蓝与二价过渡金属盐制备含铁类水滑石的方法。

背景技术

类水滑石（LDHs），又称为层状复合金属氢氧化物，是一种阴离子型粘土，其化学通式是[M^II_1-xM^III_x(OH)₂]^x+(A^n-)_x/n·yH₂O，其中M^II和M^III分别为二价和三价金属阳离子，位于主体层板上；A^n–为层间阴离子；x为M^III/(M^II+M^III)的摩尔比值；y为层间水分子的个数。LDHs由于其层状结构、使得层板元素具有可调变性，层间阴离子具有可交换性。这种在化学结构上表现出来的特殊性质不但使其具有离子交换性能，而且在电化学、催化、吸附、离子交换、光学材料、生物传感技术等领域具有很广泛的应用。近年来，LDHs因其在碱性电解液中表现出良好的超电容特性，被作为一类极具发展潜力的超级电容器电极材料而成为众多科研工作者的研究焦点。目前，制备具有良好电化学性能的LDHs超级电容器电极材料的方法很多，其中一类典型的方法是构筑具有微/纳结构的LDHs电容器电极材料。该方法可有效结合纳米材料和微米材料的各自优点，即发挥纳米材料的动力学优势和微米材料的热力学稳定性，得到性能优异的电容器电极材料。例如Shao等制备了核-壳、蛋黄-壳、中空结构的NiAl-LDH，研究发现中空结构的NiAl-LDH在超级电容器性能应用方面具有较高的比电容，良好的充放电循环性能(Chem.Mater.2012,24,1192-1197)。然而，单一组分纳/微结构的性能提高程度有限，远不能满足超级电容器的实际应用需求。近年来，纳米碳材料，如碳纳米管和石墨烯，通过作为载体或基质与NiAl-LDH复合，获得了超级电容器性能明显改善的NiAl-LDH/碳复合体系，以其显著的电化学优势成为研究的热点和焦点（Energy Fuels 2010,24,3346–3351;Chem.Mater.2010,22,974–987）。例如Gao等利用片状石墨烯为载体，将NiAl-LDH片生长在石墨烯表面，明显提高复合材料的导电性能，从而使该复合材料的比电容显著增大，经2000圈后循环性能仍然稳定(Chem.Mater.2011,23,3509-3516)。尽管这类LDH/碳复合材料在性能方面有所提高，但如何高效利用复合组分的结构设计、多步骤的反应过程和多种参数的调控，发展一类组分易调变、步骤简单的合成方法制备出LDHs性能良好的超级电容器复合材料，是当今电化学领域一个值得探索的课题。

普鲁士蓝(Prussian Blue，化学名称：亚铁氰化铁；结构式：Fe₄[Fe(CN)₆]₃)作为颜料分子，因色泽鲜艳，着色力强，广泛用于造漆、油墨、绘画颜料和蜡笔、涂饰漆布、漆纸以及塑料制品的着色。近年来，由于普鲁士蓝膜及其类似物在电色显示、电催化和固体电池、分子磁体研究等方面具有诸多应用而受到广泛关注。利用普鲁士蓝为原料合成含铁类水滑石，不仅可以探索出新颖、简便的方法制备出含铁类水滑石，并且可综合利用类水滑石及普鲁士蓝的电容性能，在电化学领域拥有很大的潜力。

发明内容

本发明的目的是提供一种以颜料普鲁士蓝和过渡态二价金属盐为原料，合成含铁类水滑石的新型制备方法。