电沉积FeCoNi层状氢氧化物作为碱性水电解析氧反应催化剂的研究

在-0.8--1.2 V(vs.SCE)的电位范围内,通过不同时间的电沉积,制备了FeCoNi层状氢氧化物。在-1.0 V下沉积600 s得到的FeCo_(5)Ni_(13),均匀分布在泡沫镍(NF)基体表面,呈层状结构。FeCo_(5)Ni_(13)的层厚约30 nm,彼此交织形成蜂窝状,不仅提供了高的比表面积,还增强了FeCo_(5)Ni_(13)与基底之间的结合。FeCo_(5)Ni_(13)作为析氧反应的催化剂时,最低初始电位仅为1.48 V(vs.RHE),最小的过电位为100 mA/cm^(2)时的310 mV,以及最低的Tafel斜率,仅为39 mV/dec,表现出最佳的催化性能。在10 mA/cm^(2)条件下电解120 h后,FeCo_(5)Ni_(13)仍保持蜂窝结构并且催化性能几乎没有退化。因此,电沉积FeCo_(5)Ni_(13)层状氢氧化物在碱性水电解析氧反应中具有良好的应用前景。

层状双金属氢氧化物(LDH)去除磷酸盐的性能研究

我国水体特别是湖泊的富营养化与氮磷营养盐的超标排放有关.如果集中式污水处理厂的除磷效果不理想,将易引发尾水总磷超标,因此对污水处理厂二级处理过程的效能挖潜是当下污水处理厂提标改造的重点.层状双金属氢氧化物(LDH)是新型纳米吸附剂,可实现水体中磷元素的高效去除.研究中采用共沉淀法制备Mg/Al层状双金属氢氧化物(Mg/Al-LDH)及其煅烧产物(Mg/Al-LDO),通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和Zeta电位等方法表征其组成和微观形貌,借助吸附动力学和吸附等温线探究Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO对磷酸盐的吸附特点和作用机理.结果表明:①当磷酸盐的初始质量浓度为10 mg/L(以P计)时,Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO对磷酸盐的吸附在2 h内快速增加并完成90%的吸附率,且它们的拟二级动力学模型(R^(2)值均大于0.999)比拟一级动力学模型能更好地模拟磷酸盐吸附过程,因而可以认为Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO的除磷过程主要通过化学吸附或化学键合来实现.②由于Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO的等温吸附数据更符合Langmuir等温吸附模型(R^(2)值均大于0.994),说明溶液中的磷酸根应以单分子层方式吸附在Mg/Al-LDH或Mg/Al-LDO上,它们在298 K下的最大饱和吸附量分别为84.5和122.7 mg/g.③Mg/Al-LDO在pH为3.0~11.0范围内具有的界面正电性,以及吸附磷酸盐后部分恢复原有层状结构的能力,使得Mg/Al-LDO在宽pH范围内具有比Mg/Al-LDH更强的脱磷能力.研究显示,Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO可实现含磷水样的高效快速去除,从而为今后市政污水处理技术的革新提供新思路.

赤泥基层状双金属氢氧化物合成工艺及应用

赤泥是铝土矿炼制氧化铝过程中产生的高碱性废料,随着铝工业的高速发展,世界范围内赤泥年排放量已严重超过环境负荷,造成了巨大的处置压力和污染风险,赤泥的高效资源化利用迫在眉睫。由赤泥制备层状双金属氢氧化物(LDH)是当前国内外重点关注的一个循环路径,具有大规模工业化潜力。文章论述了赤泥基LDH合成工艺及应用研究进展,发现其主要的合成工艺有共沉淀法、煅烧水化法和机械化学合成法,合成的赤泥基LDH类型受铝土矿成分及冶炼工艺影响显著。赤泥基LDH通常被用作吸附剂去除水体无机阴离子及捕获CO_(2),同时也是一种新型环保型无卤阻燃添加剂。赤泥基LDH还是一种优异的光催化剂,赤泥中杂质(Fe_(2)O_(3))的引入导致局部构筑异质结构,有利于光敏电子和空穴物种的分离与传递。最后文章提出如下展望:(1)在双碳目标背景下,赤泥基LDH的制备符合“循环经济”等可持续发展目标,具有实际的大规模应用潜力,未来应大力推进合成及应用方面的研究;(2)未来应重点研究如何进一步优化合成工艺,提高产率,增强可持续性(如引入其他废弃物作为二价金属源),提高合成专一性,以及如何降低赤泥基LDH在应用过程中的环境风险;(3)明晰LDH结构与应用效果的“构效关系”,针对赤泥基LDH非纯净体系这一特性,扬长避短,发挥异质结构的优势,实现更高效的应用。

锂铝层状双金属氢氧化物的制备及其锂脱嵌过程

锂铝层状双金属氢氧化物(Li/Al-LDHs)是一种适用于高镁锂比卤水中提锂的吸附剂,但其存在吸附容量偏低、吸附机理与适用条件不够清晰等问题。本工作以铝粉、氢氧化锂为原料制备Li/Al-LDHs,考察了适用条件下溶液中阴阳离子对吸附过程的影响并进行了不同溶液组成下的提锂性能测试,结合红外光谱测试和X射线光电子能谱等表征明晰了锂脱嵌机理。结果表明,Li/Al-LDHs在卤水中的最大吸附容量为8.350mg/g,阳离子选择性顺序为Li^(+)>Na^(+)>Mg^(2+)>Ca^(2+)>K^(+)。Li/Al-LDHs对Li^(+)的吸附符合Langmuir等温吸附模型和准二级吸附动力学模型,吸附过程主要是基于尺寸筛分效应进行的,Li^(+)进入吸附剂层间的空位后需要等量的阴离子(Cl^(-)、SO_(4)^(2-)等)进行电荷平衡,其吸锂容量随溶液体系总离子浓度的增加而变大,因此更适用于从高含盐量卤水中提锂。研究结果可为后续废旧金属铝制取Li/Al-LDHs用于盐湖卤水提锂提供技术参考。

层状双氢氧化物-rFel d 1-Can f 1融合变应原对小鼠模型过敏反应的预防效果分析

旨在预防猫、犬诱导的过敏反应,本研究将猫主要变应原Fel d 1与犬主要变应原Can f 1融合原核表达,纯化制备了rFel d 1-Can f 1融合变应原。将层状双氢氧化物(layered double hydroxides,LDH)与rFel d 1-Can f 1混合,制备LDH-rFel d 1-Can f 1,皮下注射法免疫BALB/c小鼠,随后利用rFel d 1-Can f 1融合变应原诱导过敏小鼠模型,通过检测小鼠应激性过敏反应的体温变化、耳朵点刺试验、肺部组织切片HE染色、血清IgE水平等指标评价LDH-rFel d 1-Can f 1对猫犬诱发过敏反应的预防效果。研究表明,LDH与rFel d 1-Can f 1质量比为7∶1时,LDH可以完全吸附rFel d 1-Can f 1融合蛋白。LDH-rFel d 1-Can f 1可以有效缓解应激性过敏反应引起的小鼠体温下降,显著减少过敏导致的染料渗透面积。肺部组织切片HE染色结果显示,LDH-rFel d 1-Can f 1可以缓解过敏引起的炎症细胞浸润。此外,LDH-rFel d 1-Can f 1免疫后可以诱导小鼠产生较高水平IgG,这为开发抑制宠物猫犬诱发过敏反应的疫苗奠定基础。

层状双氢氧化物膜在镁合金防腐蚀领域的研究进展

介绍了层状双氢氧化物(LDH)膜的常见类型及其制备方法,重点总结了其在镁合金防腐蚀方面的应用现状和可能存在的问题。概述了LDH膜改性的研究进展,最后对LDH膜未来的研究方向进行了展望。

多孔镍钴层状双金属氢氧化物阵列的制备及其电容性能

通过一步水热的方法在泡沫镍(NF)基底上生长了镍钴层状双金属氢氧化物(NiCo-LDHs)阵列。研究了Ni和Co的物质的量比对其晶相结构、形貌和电容性能的影响。在n(Ni)∶n(Co)=2∶2时获得高电容量和高循环稳定性的Ni_(2)Co_(2)-LDH有序致密的多孔纳米针阵列。在电流密度1 A·g^(-1)时,比电容高达2381 F·g^(-1);在电流密度10 A·g^(-1)时,电容率保持率为57.1%;4500次充放电循环后电容率保持高达60%。最后,以Ni_(2)Co_(2)-LDH@NF为正极,以活性炭为负极构建了非对称电容器。在电流密度为1 A·g^(-1)时,该非对称电容器的比容量为211.4 F·g^(-1)。在电流密度5 A·g^(-1)时,5000次充放电循环后电容保持率高达90%。在11.6 kW·kg^(-1)的功率密度下拥有73.1 Wh·kg^(-1)的能量密度。

层状复合氢氧化物在制革工业中的应用探讨

制革工业是指以动物皮为原材料,经过一系列物理和化学加工生产皮革的产业。传统铬鞣法虽赋予皮革优异的综合性能,但仍存在处理含铬废弃物的环境压力。层状复合氢氧化物(LDHs)是一类由带负电荷的阴离子和带正电荷的金属氢氧化物所构成的层状化合物,具有酸碱性、可调控性、热稳定性和结构记忆效应。文章对LDHs纳米材料的结构及性质进行介绍,并对其在制革工业中作为鞣制材料、复鞣材料、加脂助剂、染色助剂、功能涂饰材料和水处理材料等方面的应用进行了综述。

桉木表面构建层状双氢氧化物仿紫光檀颜色

【目的】针对人工林速生桉木材色较浅、表面色调单一的问题,以层状双金属氢氧化物(LDHs)对其进行材色调控,仿制名贵木材紫光檀的黑棕色效果。【方法】将与木材高度亲和的钴基金属有机框架(Co-MOF)作为模板和前驱体,利用MnCl_(2)在木材表面发生水解反应,在桉木单板表面制备钴锰层状双金属氢氧化物(CoMn-LDH);探究桉木单板分别在0.016、0.032、0.064 mol/L MnCl_(2)溶液和20、40、60、80℃条件下表面颜色的变化规律;并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和红外光谱(FT-IR)分析,探究LDHs与桉木单板表面的结合机理;通过接触角和耐光老化测试评估改色木材的耐水性和耐光老化性。【结果】(1)在40℃下,利用0.032 mol/L MnCl_(2)溶液制得的钴锰双氢氧化物涂层桉木单板实现了紫光檀颜色效果,两者的色度值和紫外光谱均相近。(2)MnCl_(2)水解诱导Co-MOF和木材的OH−交换形成金属氢氧化物,生成CoMn-LDH;SEM显示CoMn-LDH具有微纳米复合结构,XRD和XPS分析表明钴和锰分别以Co^(2+)和Mn^(2+)的形式存在,CoMn-LDH为典型的钴锰双氢氧化物;其红外光谱呈金属–羟基振动模式。(3)调色木材的接触角由36.2°增大至49.5°;光照120 h后色差在3~6范围内,属于中质量分辨率下可见色差;表明制备的钴锰双氢氧化物涂层桉木单板表面疏水能力和耐光老化性能均得到提升。【结论】本研究所用调色处理条件温和,能有效改善桉木颜色,提高产品装饰效果和附加值,促进人工林木材的高效利用。

层状双氢氧化物在砷污染水体/土壤修复中的应用研究进展

综述了层状双氢氧化物(LDHs)的结构、特性及其在砷污染水体/土壤修复中的应用研究现状,介绍了共沉淀、水热合成、离子交换、溶胶凝胶、焙烧等LDHs制备方法,以及表面改性、插层、焙烧复原等改性方法。分析了LDHs吸附除砷的机理和影响因素,以及当前在材料合成、优化和应用过程中存在的不足,提出了形成工业化生产工艺、研发选择性和稳定性更强的复合材料、提升在复杂基体中的抗冲击负荷能力、探讨同构置换对层状结构的影响等后续研究方向。

基于镍铁层状双氢氧化物的氧析出催化剂:催化机制、电极设计和稳定性

近几十年来,氧析出反应因其在能量储存和转换技术中的关键作用而受到了广泛关注。然而,它需要高效的催化剂例如IrO2和RuO2,来加速其缓慢的反应动力学。在所开发的低成本材料中,镍铁层状双氢氧化物(NiFe LDH)较为有前景,其在碱性电解质中表现出出色的氧析出性能,过电位很低,在10 mA·cm^(-2)处仅需200-300 mV。虽然人们在开发基于NiFe LDH的高效电催化剂方面做出了巨大努力并取得了一些成果,但是要进一步降低其过电位具有相当的挑战性。为了克服这个瓶颈,就需要明确识别其活性位点和催化机理,从根本出发来探究新的解决方案,以获得具有超低过电位的催化剂。本综述首先回顾了NiFe LDH的结构、组成和发展历史。虽然人们在研究催化活性位点和机制方面付出了巨大努力,但其真正的催化位点和机制仍然是模棱两可并存在争议的。我们对催化位点研究的代表性工作进行了全面分析,希望对催化机理和活性位点能提供一些深入认识和理解。此外,我们还就增强其催化活性的各种策略,如杂原子掺杂和引入空位等,进行了总结并基于电子和几何结构对其活性提高原理进行了分类,为开发高性能的NiFe LDH基催化剂提供新的见解和方向。此外,催化剂的稳定性,尤其是在高电流密度等技术条件下的稳定性至关重要,但常常被人们忽视。最新的研究表明,NiFe LDH基催化剂在高电流密度下运行一段时间就会出现严重的活性衰减。因此,本综述强调了稳定性问题的重要性,以引起更多研究者对此问题的关注,并分析了NiFe LDH基催化剂的衰减机理,总结和讨论了基于这些衰减机理开发的改善稳定性问题的最新策略。最后,本综述讨论了制备兼具优异催化活性和稳定性的NiFe LDH基的高效催化剂的可能发展方向。

层状复合氢氧化物的结构调控及其吸附重金属离子的研究进展

层状复合氢氧化物(LDHs)是具有特殊层状结构的阴离子黏土,具有化学组成可调、比表面积大及结构记忆效应独特等性质,在废水处理方面备受关注。调控LDHs自身结构,是进一步扩大其应用范围、提高其吸附性能的有效途径。该文介绍了LDHs特殊的层状结构和其自身性质;总结了LDHs最常用的制备方法,即共沉淀法、离子交换法、尿素水解法、煅烧复原法和溶胶-凝胶法等,分别介绍了各种制备方法的原理和特点;综述了LDHs的结构调控对其吸附重金属离子性能的影响,并总结了LDHs对重金属离子的吸附机理;最后,指出了目前LDHs在处理含有重金属离子废水研究中面临的挑战,并对该材料未来的研究方向和发展趋势进行了展望。

层状双氢氧化物基自修复涂层在海洋环境中的应用进展

恶劣的海洋环境使防腐成为海洋工程的技术难题,为延长海洋防腐涂层的使用寿命,开发具有“主动愈合”自修复功能的智能防腐涂层成为当前的研究热点。层状双氢氧化物(LDHs)因其独特的结构和阴离子交换性能,是理想的缓蚀剂纳米容器和氯离子固化剂,展现了优异的环境响应自修复防腐性能,加之成熟的施工技术,在海洋防腐工程中有广泛的应用。综述了LDHs材料的结构性质、合成方法以及LDHs基涂层的制备,总结了近年来LDHs作为有机涂层中的添加剂或预处理转化膜在海洋环境中针对金属(镁合金、铝合金和钢铁)防护和混凝土防护等领域的应用情况。鉴于涂层实际服役过程中遇到的复杂问题,提出LDHs材料研究中存在的不足和挑战,并展望了在海洋环境中LDHs材料未来的研究趋势。

层状双羟基氢氧化物及其衍生物在锂硫电池中的应用

锂硫电池具有超高的理论能量密度、较低的材料成本,是极有前途的下一代储能体系。但硫导电性差、充放电过程中的穿梭效应、体积膨胀、负极锂枝晶等问题造成锂硫电池的比容量低、容量衰减严重、库仑效率差,影响了其实际应用。层状双羟基氢氧化物(LDHs)是一种二维材料,具有可调节的插层结构、可控的表面化学性质和独特的拓扑转换特性,作为储能材料受到了广泛的关注。LDHs对多硫化物具有良好的约束能力,作为锂硫电池正极硫载体可以高效吸附和催化充放电过程中产生的多硫化物,减少多硫化物的迁移,加快氧化还原反应动力学,从而提升锂硫电池的电化学性能。此外,二维LDHs可涂覆于隔膜作为正极与隔膜间的中间层,通过物理作用阻挡多硫化物向负极的迁移,抑制穿梭效应;LDHs用于锂负极可以促进金属锂的均匀成核和沉积。目前LDHs在锂硫电池中应用广泛,本文综述了LDH及其衍生物在锂硫电池中的应用优势,介绍了其在锂硫电池正极、中间层、负极中的应用现状,指出了LDHs材料在锂硫电池中的发展方向。

不同金属组成的层状双氢氧化物在医药领域的应用进展

层状双氢氧化物是由带正电的金属离子氢氧化物层和插层阴离子组成的具有二维层状结构的纳米材料,广泛用于环境治理等领域。由于制备简便、组成灵活性高、药物装载率高、pH响应型释放、生物相容性和安全性良好等特点,层状双氢氧化物逐渐在抗肿瘤治疗中崭露头角。本文综述了不同金属离子组成的层状双氢氧化物在生物医药领域中的应用进展,并对其在生物医药领域应用的进一步拓宽以及临床转化中存在的挑战进行讨论,以期对层状双氢氧化物递药系统的开发与转化提供参考。

层状双金属氢氧化物活化过硫酸盐在水处理中的应用

基于硫酸根自由基的高级氧化技术(SR-AOPs)具有宽pH耐受性、强氧化性以及方便操作性等优势而受到关注。层状双金属氢氧化物(LDHs)因其独特的层状结构优势、层板组成可调控性、结构记忆效应和阴离子可交换性等特性,在活化过硫酸盐方面表现出良好的活性和催化优势。本论文重点综述了LDHs及其复合材料作为非均相催化剂活化过硫酸盐在水污染处理领域的应用现状,最后,对LDHs催化体系持续改进以及未来研究方向进行了展望。

钙铝层状双氢氧化物(CaAl-LDH)对铅镉砷污染废水的吸附性能及机制研究

重金属污染普遍存在且日趋严重,解决阳离子和阴离子重金属共存的复合污染问题依然是一个严峻的挑战。本研究采用简便的原位共沉淀法制备了钙铝层状双氢氧化物(CaAl-LDH),用于去除水中的重金属离子。通过XRD、SEM、FTIR和XPS等表征方法研究CaAl-LDH的制备及其对重金属离子的吸附机理。采用批吸附实验研究CaAl-LDH对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和As(Ⅴ)三种金属离子的吸附能力。结果表明,准一级动力学模型可以很好地拟合CaAl-LDH对三种重金属的吸附。吸附等温线结果表明,与Freundlich模型(R^(2)<0.67)相比,Cd的吸附过程更符合Langmuir模型(R^(2)>0.92)。Langmuir和Freundlich模型都能有效拟合Pb和As的吸附(R^(2)>0.90)。CaAl-LDH对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和As(Ⅴ)的最大吸附量分别为786.6、437.2和72.9 mg/g,并且在10 min内能够达到吸附平衡,反应快速高效。CaAl-LDH对铅、镉、砷的吸附机理各异。铅的吸附可能通过表面沉淀实现,而镉的吸附机理为同晶置换。至于As的吸附,可能涉及LDH层间的离子交换。该实验提供了一种对阴、阳离子重金属都具有高效吸附性能的LDH材料,并在重金属复合污染废水治理中显示出一定的应用潜力。

基于层状双氢氧化物前驱体的CO_(2)甲烷化NiAlNd催化剂

采用乙二醇溶剂热法合成了一系列基于层状双氢氧化物前驱体(LDHs)的NiAlNd催化剂。Nd的引入大大提高了CO_(2)甲烷化的低温催化活性。在T=210℃,WHSV(weight hourly space velocity)=24000 mL·g^(-1)·h^(-1),p=100 kPa的条件下,NiAlNd-0.4催化剂上CO_(2)转化率达到83.9%。Nd^(3+)取代部分Al^(3+)阻碍了前驱体中LDHs结构的形成,同时也减小了焙烧后催化剂的粒径。Nd的加入削弱了NiO与Al_(2)O_(3)之间的相互作用,促进了NiO的还原,提高了Ni的本征活性。此外,Nd的添加提高了催化剂表面碱性位的数目,从而增强了对CO_(2)的吸附。随着Nd掺杂量的增加,还原后的催化剂中金属Ni的表面积呈火山形变化。Ni活性位的数目和本征活性同时影响NiAlNd催化剂的催化活性。

用超声衰减谱测量层状双金属氢氧化物粒度分布的方法

层状双金属氢氧化物(LDHs)作为一种性能优良的非贵金属电催化剂,在提高析氧反应速率、降低制氢成本等方面具备巨大优势,其粒度大小直接影响催化活性位点的有效暴露面积和本征结构,很大程度上决定了LDHs电催化析氧反应的活性时间和催化效率.因此,实现对LDHs粒度分布的在线检测对LDHs的合成控制与活性提升具有重要意义.根据LDHs粒度小、形貌特殊的特点,本文建立了一种基于超声衰减谱在线测量其在悬浮体系中粒度分布(PSD)的方法,该方法在LDHs粒度表征领域的应用尚属首次.利用超声衰减谱法对LDHs悬浮体系粒度分布进行测量的最大难点是传统ECAH模型需要首先已知难以获得的体系分散相和连续相的物性参数.本文采用主成分分析(PCA)结合误差反向传播(BP)神经网络建立了预测模型,并引入遗传算法(GA)对模型进行优化,解决了超声衰减谱法的难点,通过CoFeAl-LDH悬浮体系进行了验证.结果表明,PCA-GA-BP神经网络能有效对LDHs在悬浮体系中的粒度分布进行在线预测,预测值与真实值的峰形重合度高,峰高偏差小,两者的均方误差MSE为0.1497,模型拟合优度R2=0.9768,说明该方法可作为在线测量LDHs粒度分布的有效方式.

铁基层状双氢氧化物催化剂的应用研究进展

铁基层状双氢氧化物催化剂是一种新型的二维层状纳米催化剂,其具有金属离子可调性的特点,研究过程中可以根据实际需要设计合成多种铁基层状双氢氧化物催化剂,如Ni-Fe-LDH、Co-Fe-LDH、Cu-Fe-LDH、Mg-Fe-LDH、Mn-Fe-LDH、Zn-Fe-LDH,此外,还可以通过掺其他金属离子构建三金属铁基层状双氢氧化物催化剂以进一步优化双金属铁基层状双氢氧化物催化剂的性能。铁基层状双氢氧化物催化剂还具有制备工艺简单、经济环保、催化活性高、选择性好、可循环利用等优点,因而备受研究者的青睐,在化工领域具有良好的应用前景。作者系统综述了近年来国内外铁基层状双氢氧化物催化剂的应用研究进展,可为其相关理论及应用研究提供参考。