[发明专利]一种大层间距的层状双氢氧化物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氢氧化物的技术领域，特别涉及一种大层间距的层状双氢氧化物的制备方法。

背景技术

目前众多能量转换器件是基于电化学过程实现的，如锂离子电池，超级电容器，燃料电池，析氧催化(OER)等等。其中，电化学活性物质的结构设计是影响器件性能的关键。

超级电容器是介于传统电容器和充电电池之间的一种环境友好、无可替代的新型储能、节能装置。它既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电化学电池的储能机理。与传统电容器相比，超级电容器具有高功率密度、长循环寿命，无污染、较宽的工作温度范围等特点，因此在电动汽车、通讯、电子信号监控等领域中的应用越来越受关注。

OER，即氧析出反应，是指在电化学氧化水过程中氧分子析出的过程。这一过程在一些能量转换领域，包括水电解，可循环金属-空气电池等，具有关键作用。

层状双氢氧化物(Layer Double Hydroxide,LDHs)是一类离子层状化合物，别名水滑石，由带正电的具有类水滑石(brucite)结构的层体和层间带补偿负电荷的阴离子组成。LDHs的通式可以用[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂[A^n-]·zH₂O表示，其中M²⁺、M³⁺分别表示二价和三价的阳离子，A^n-为非组成框架的电荷平衡物质。LDHs由于其独特的层间化学特性和层状结构因而在多种应用领域(催化，离子交换，医药，光化学，电化学，添加剂等等)中被广泛研究。在近年来的研究报道中，具有合理结构设计的LDHs作为超级电容器材料或者OER反应催化剂表现出优异的性能。

目前国内外针对LDHs的研究主要集中在化学成分、结晶度、尺寸、局部微结构等方面。然而，从控制层间距的角度来设计具有理想电化学性能的LDHs活性材料鲜有报道。传统的方法中，合成具有大层间距的LDHs类材料主要是基于离子交换的二步法，即首先合成层间插入易于交换出的阴离子的前驱体，再将该前驱体在特定条件下进行离子交换。然而该方法主要有两个缺点，第一是受限于离子扩散，制备往往非常费时(数小时，数天甚至数星期)；第二是大多数LDHs的离子交换需要在惰性气氛下进行。

授权公告号为CN101321692B的中国专利文献公开了一种制备有机改性的层状双氢氧化物的方法：(a)制备包含二价金属离子源和三价金属离子源的前体悬浮液；(b)溶剂热法处理该前体悬浮液以获得层状双氢氧化物，其中，在步骤(b)形成层状双氢氧化物前或形成期间加入有机阴离子，从而获得有机改性的层状双氢氧化物。

又如授权公告号为CN101665233B的中国专利文献公开了一种层状双金属氢氧化物及其制备方法，利用胶体磨轴向剪切力作用和硼氢化钠的还原性，得到高度分散的纳米金属离子溶胶，之后通过水热体系中缓慢氧化水解等过程，获得层状双金属氢氧化物，水热反应的温度为120～200℃，反应时间为6～48h。

深共熔溶剂(DES，deep eutectic solvent)具有合成简单、廉价、纯度高、应用简便等特有优点，同时，深共熔溶剂大多为可生物降解的有机物。

发明内容

本发明提供了一种具有大层间距的层状双氢氧化物的制备方法，采用首创的“二阶段注水”的一步法从深共熔溶剂中合成了具有高纯度、大层间距的层状氢氧化物，原料价格低廉，制备工艺简单、耗时短、条件温和，适合于大规模工业化生产。

一种大层间距的层状双氢氧化物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将二价金属M₁的可溶性盐、三价金属M₂的可溶性盐与氯化胆碱基深共熔溶剂混合，搅拌均匀得到总质量浓度为10～30g/L的溶液Ⅰ；

所述的二价金属M₁为Co²⁺、Ni²⁺、、Mg²⁺或Fe²⁺，三价金属M₂为Fe³⁺或Al³⁺；

二价金属M₁与三价金属M₂的摩尔比为1～4:1；

所述的氯化胆碱基深共熔溶剂为氯化胆碱与尿素组成的混合液；