[发明专利]SiO2层状双氢氧化物微球及它们的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新的SiO₂层状双氢氧化物(LDH)微球(SiO₂-layered double hydroxide(LDH)microsphere)及其制备方法。

背景技术

层状双氢氧化物(LDH)是包含两种或更多种金属阳离子并具有层状结构的一类化合物。结构与成键；卷119，2005，X Duan和D.G.Evans编辑的层状双氢氧化物(Structure and Bonding；Vol.119,2005 Layered Double Hydroxides ed.X Duan and D.G.Evans)中提供了LDH的评述。已经将水滑石研究了许多年，其或许是最众所周知的LDH的实例。LDH可以将阴离子插入结构的层之间。

文献中由“核@壳”(例如由Teng et al.,Nano Letters,2003,3,261-264)或由“核/壳”(例如J.Am.Chem Soc.,2001,123，第7961-7962页)描述了核壳颗粒。我们采用“核@壳”名称，因为其作为最常接受的缩写出现。

Shao et al,Chem.Mater.2012,24，第1192-1197页中描述了SiO₂/LDH核-壳微球。在用金属前体溶液处理之前，通过在强力搅拌下将它们分散在Al(OOH)引物溶胶(primer sol)中两个小时，随后离心，用乙醇洗涤并在空气中干燥30分钟引发SiO₂微球。在将因此用薄Al(OOH)膜涂覆的SiO₂球体在100℃下在Ni(NO₃)₂·6H₂O和脲的溶液中高压灭菌48小时之前重复这种SiO₂微球的引发处理10次。报导了通过该过程得到的空心SiO₂-NiAl-LDH微球表现出优异的赝电容性能(pseudocapacitance performance)。令人遗憾地，在LDH生长之前，对于Al(OOH)引发SiO₂表面的要求使该过程不适合在工业规模上使用。

Chen et al,J.Mater.Chem.A,1,3877-3880描述了用于除去水中的药物污染物的SiO₂@MgAl-LDH的合成。所描述的合成包括由包含SiO₂微球的金属前体溶液共沉淀LDH，随后是LDH纳米片(nanosheet)在SiO₂微球的表面上的超声波辅助的直接生长。令人遗憾地，报导的方法不允许调节LDH的表面的形态且产物SiO₂@LDH的表面积不大。

发明内容

本发明的一个目的是提供制备SiO₂@LDH微球的容易方法，其克服现有技术的缺点，具体是不需要初始在用金属前体溶液处理之前在SiO₂表面上形成Al(OOH)膜的步骤或不需要在实现SiO₂表面上的LDH生长中的超声波辅助。本发明的另一个目的是提供SiO₂@LDH，其中可以对于不同的应用容易地调节LDH层的厚度、尺寸和形态中的每种。本发明的又一个目的是提供具有高表面积的SiO₂@LDH。

该目的通过制备具有通式I的二氧化硅层状双氢氧化物微球的方法实现：

(SiO₂)_p@{[M^z+_(1-x)M′^y+_x(OH)₂]^a+(X^n-)_a/n·bH₂O·c(AMO-溶剂)}_q(I)

其中，

M^z+和M′^y+是两种不同带电金属阳离子；

z＝1或2；

y＝3或4；

0<x<0.9；

b是0至10；

c是0至10；

p>0，

q>0；

X^n-是阴离子；其中n>0(优选1-5)

a＝z(1-x)+xy-2；以及

AMO-溶剂是100％水混溶性(aqueous miscible)有机溶剂；