[发明专利]以多孔阳极氧化铝模板为基底的三维类水滑石薄膜及其制备方法

说明书

本发明属于无机功能材料技术领域，具体涉及一种以多孔阳极氧化铝模板为基底的三维类水滑石薄膜及其制备方法。所述的以多孔阳极氧化铝模板为基底的三维类水滑石薄膜是在强酸性条件和镉离子的存在下，由在多孔阳极氧化铝模板的外表面及孔道中均匀生长出镍铝或锌铝类水滑石晶体得到的。本发明制备得到在多孔阳极氧化铝模板的表面和孔道内均匀生长的类水滑石晶体与基底结合紧密，不易脱落。本发明得到的以多孔阳极氧化铝模板为基底的三维类水滑石薄膜在使用过程中可以有效避免流失，易于分离和重复使用，在催化、吸附、分离等方面具有优异的应用前景。本发明制备条件温和、工艺过程简单、成功率高。

技术领域

本发明属于无机功能材料技术领域，具体涉及一种以多孔阳极氧化铝模板为基底的三维类水滑石薄膜及其制备方法。

背景技术

类水滑石是一种具有水滑石层状晶体结构的复合金属氢氧化物，由带正电荷的金属氢氧化物层和层间电荷平衡阴离子构成。其层板化学组成可以根据需要进行调整，进而导致层板化学性质、层板电荷密度等相应变化；层间阴离子可根据应用需要采用插层或者离子交换的方式进行离子种类和数量的调变，改进类水滑石材料的整体性能。将类水滑石固定在特定基底上形成薄膜并进行应用研究是近十年来的研究热点。固定化后的类水滑石薄膜不仅可以克服粉体材料易团聚，难分离的缺点，使得其在吸附、催化、分离等方面的应用更加方便，还可以扩展应用到金属防腐、表面浸润、电化学、传感器等新的领域。由于锌、镍及其氢氧化物和氧化物在催化、金属防腐、电化学等方面的优异性能，相关类水滑石薄膜的制备研究也得到了广泛关注。

类水滑石薄膜的制备通常选择一定材料为基底，在反应溶液中加入沉淀剂或缓冲体系将溶液调节至弱酸性到碱性，使得类水滑石晶体沉积或者直接在基底上原位化学生长，形成相应的类水滑石薄膜。Chen等先后在Adv.Mater.2006,18(23):3089-3093和Angew.Chem.Int.Ed.2008,47:2466-2469中报道以阳极氧化铝/铝为基底，采用硝酸铵-氨水缓冲体系控制含有Ni²⁺或Zn²⁺的反应溶液的pH值为6.5，通过原位化学生长法制备了二维镍铝及锌铝类水滑石薄膜。Guo等在Langmuir 2009,25(17):9894-9897中报道以铝为基底，采用同样的反应溶液和缓冲体系，调节pH值为6.5，原位化学生长法成功制备了锌铝类水滑石薄膜，并考察了其对铝基底防腐性能的影响。

中国专利CN1986419A公开一种纳微复合结构垂直取向类水滑石薄膜及其制备方法、中国专利CN1923363A公开一种用于醇氧化反应合成水滑石薄膜催化剂的制备方法，上述两个专利以阳极氧化铝/铝为基底，采用硝酸铵-氨水缓冲体系控制含有二价金属离子溶液的pH值分别为4.5～10和6.3～7.3，并在此溶液中进行后续的薄膜原位化学生长反应。中国专利CN106868483A公开一种铝及铝合金表面制备三元类水滑石薄膜的制备方法，将由尿素与氟化铵组成的沉淀剂搅拌溶解于含有二价金属离子的溶液中，通过原位化学生长法制备金属表面的三元类水滑石薄膜耐蚀层。Xue等(Chem.Commun.,2014,50:2301-2303.)创新性地在强酸性条件下(反应溶液初始pH值低至2)，在铝基底上成功制备了镍铝类水滑石薄膜，并发现在酸性条件下类水滑石生长相对缓慢，其结晶的尺寸较小，与基底结合紧密，不易脱落。

近十几年来，多孔阳极氧化铝模板作为制备纳米材料的有效模板受到广泛关注。它具有规则三维孔道结构、良好的化学稳定性和热稳定性、较高的硬度和较大的比表面积。如果采用多孔阳极氧化铝模板为水滑石薄膜的生长基底，不仅可以为含铝类水滑石薄膜的生长提供丰富的铝源，还可以通过调控其孔径和孔道状态，如孔道长度、孔壁厚度等，为类水滑石的生长提供更多的空间，使类水滑石薄膜生成于多孔阳极氧化铝模板的外表面及孔道(内表面)内，形成三维薄膜。如何合理控制反应条件或者利用仪器辅助，使类水滑石晶体均匀地在多孔阳极氧化铝模板的内外表面同时生长是实现三维类水滑石薄膜制备的关键问题。