[发明专利]垂直基底生长的环糊精插层水滑石薄膜及其制备方法

说明书

所属领域

本发明涉及属于有机-无机复合材料及其制备技术领域，特别是提供了一种垂直 基底生长的环糊精插层水滑石薄膜及其制备方法，采用原位生长技术制备了层 板垂直于阳极氧化铝基底排列的环糊精插层水滑石薄膜材料。

背景技术

类水滑石材料(LDHs)由于其独特的晶体结构和物化特性使其在离子交换、吸附、 催化、高分子改性、光学材料、磁学材料、电学材料等许多领域展现出极为广阔的应 用前景。如果将类水滑石制成薄膜，以实现多功能LDHs材料的器件化，将大大拓宽 其在工业上的应用。例如：把类水滑石薄膜用作催化剂时，不仅可以因提高表面积而 提高其使用效率，而且可以解决催化剂与反应物的分离、催化剂流失、回收等问题。 当用作电极改性材料时，能够很好地提高电极性能。因此，将这类材料制成薄膜，无 论在基础研究还是在实际应用中都具有很高的价值。

在文献(1)J.Am.Chem.Soc.，2006，128：4872-4880中，Takayoshi Sasaki等人首先 将Co-Al水滑石剥层，然后用层层组装法得到了水滑石层板与阴离子高聚物交替排列 的水滑石薄膜，为制备水滑石薄膜提供新方法。

在文献(2)Adv.Mater.，2006，18：3089-3093中，段雪等采用原位合成技术，以经表 面阳极氧化后的铝片为基片，利用基片表面上的阳极氧化铝提供水滑石生长所需的铝 源，通过滴加氨水调节反应溶液的pH值，使溶液中Ni²⁺离子与NH₃在接近中性条件 下生长出疏密可控垂直基片生长的镍铝硝酸根水滑石(NiAl-LDHs)薄膜，并发现该薄膜 具有超疏水的性能。

在文献(3)Chem.Mater.，2004，16：3774-3779中，Duk-Young Jung等采用溶剂蒸发 技术以单晶硅为基底制备了层板平行于基底方向排列的水滑石膜。作者认为水滑石成 膜后可明显方便研究水滑石在离子交换反应中形貌以及层间距的变化情况。

环糊精(cyclodextrin，CD)是由α-D-吡喃型葡萄糖单元通过α-1，4-糖苷键组成的环状 寡聚糖，由于环糊精及其衍生物具有特殊的手性环状空腔，可以提供良好的手性环境， 它们不仅广泛用于分离光学异构体，还用于分离各种几何异构体。将环糊精作为客体 分子插入水滑石层间，可以实现环糊精的固定化，为宏量手性分离提供了可能。若能 制备环糊精插层水滑石薄膜，将极大方便其在生产生活中的应用。预期环糊精插层水 滑石薄膜在手性分离，手性物质包合等领域具有很高的潜在应用价值。目前关于层板 垂直基底排列的环糊精插层水滑石薄膜还未见报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种垂直基底生长的环糊精插层水滑石薄膜及其制备方法。利 用水滑石的原位生长技术，在阳极氧化铝基底上一步合成出环糊精插层水滑石薄膜， 同时可调变层板金属离子种类、改变环糊精的取代基的类型和取代度的方法制备得到 一系列层板垂直基底排列的环糊精插层水滑石薄膜复合材料。

本发明的环糊精插层水滑石薄膜为超分子结构，其晶体结构为类水滑石材料的晶 体结构，其化学式为：

[(M²⁺)_1-x(M³⁺)_x(OH)₂]^x+(CD^n-)_x/n·mH₂O，

其中0.2≤x≤0.33，n＝0.5-14，m＝3-6为层间结晶水分子数，

M²⁺代表二价金属离子，可以是Ni²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺的任 何一种，M²⁺优选Zn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺；

M³⁺代表Al³⁺离子。

本发明的环糊精插层水滑石薄膜的制备步骤如下：