[发明专利]一种合成单分散稳定LDHs胶体纳米晶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过利用密度梯度离心法分离 LDHs 纳米晶并研究其性能，而得到的一种合成单分散稳定 LDHs 胶体纳米晶的方法，属于无机纳米材料合成工艺技术领域。 

背景技术

水滑石（Layered Double Hydroxides , 简写成LDHs）是一类阴离子型层状化合物，其化学表达式可以表示为 [M²⁺_(1-x)M³⁺_x(OH)]A^n-_(x/n)﹒mH₂O ,其中 M²⁺ 与 M³⁺ 具为金属阳离子。如果 n = 0 ,层板间呈中性仅靠范德华相互作用力结合在一起。由于 M³⁺  (x = 0.33 - 0.167 ) 的微量取代使得层板带有正电荷，并由层板间的阴离子 ( A ^n - ) 结合在一起，而阴离子可以是大多数的无机、有机阴离子。因其结构和性能的可调变性，可广泛应用于众多领域和行业，[J. Am. Chem. Soc. 2010, 132(47): 16735-16736.]近年来更是由于它们在催化、吸附、纳米复合材料和药物载体等领域的巨大潜在应用能力而引起广泛关注。 

传统的合成方法一般是由恒定 pH 或变化 pH 共沉淀后再经过一定时间的晶化[J. Phys. Chem B ,2010,114(17): 5678-5685]，此类方法得到的 LDHs 材料一般是由数以千计的层板堆叠组成的二次颗粒团聚体，尺寸在 1-10 μm 范围，这就限制了 LDHs 材料作为药物、基因载体，多聚物 / LDHs 生物纳米复合材料以及 LDHs 薄膜等性能应用，这就要求得到高单分散度的纳米材料。目前，有很多关于胶体LDHs悬浮液的合成方法 ( J. Mater. Chem,2006,16(39): 3809-3813.)， 现有一种方法制备稳定的LDHs胶体纳米晶 ( J. Phys. Chem B ,2006, 110(34): 16923-16929.)，通过控制温度可得到不同尺寸分布的胶体溶液。但是得到易控制纳米尺寸的、稳定的单分散LDHs胶体纳米晶仍然是一个挑战。 

密度梯度离心分离法是一种对所分离的纳米颗粒无损的，根据不同纳米颗粒在密度梯度溶液中存在沉降系数差而将颗粒按尺寸或形貌分离开的。这种分离方法可以得到在同一体系内所得到的尺寸更加单一的纳米颗粒 [J. Am. Chem. Soc. 2010, 132(7): 2333-2337.; angew. Chem. In. Ed. 2009,48(5): 939-942.]。而在前期工作中,我们已经成功利用密度梯度离心分离法分离纳米金颗粒、石墨烯、 CdS 、 CFeCo 等，这里我们首次尝试将密度梯度离心分离法与成核-晶化隔离法制备 LDH 胶体纳米晶溶液结合在一起，探讨 LDH 的尺寸与组成之间的联系。密度梯度离心分离法为研究同一体系中 LDH 的尺寸及其组成之间的关系提供了有力的技术支持，为生物纳米复合材料和 LDHs 薄膜等领域提供丰富的材料基础，对 LDH 纳米晶的应用和发展有着重大的意义。 

发明内容

本发明的目的是提供一种有效控制稳定的单分散 LDHs 胶体纳米晶的合成方法，从而可以很好的通过调控物料比来控制合成 LDHs 纳米片的大小。 

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种有效控制稳定的单分散 LDHs 胶体纳米晶的合成方法，其特征在于该方法的具体步骤如下： 

1. LDH 胶体纳米晶的制备，其特征在于该方法按如下步骤进行： 

制备稳定的 LDH 纳米晶胶体溶液： 

a. 将含有 Mg²⁺ 和 Al³⁺ 的混合盐溶液与 NaOH 溶液同时倒入高速旋转的胶体磨中几分钟，可得到浆液； 

b. 将 a 所得的浆液经过 5000 - 12000 转 / 分钟离心十分钟左右，除去上清液，加去离子水搅拌至无大块颗粒，再离心、水洗两次； 

c. 将步骤 b 所得的沉淀溶于 40 mL 去离子水中搅拌至无大块颗粒，然后倒入水热釜中于 80 - 150 ℃ 烘箱内反应 8 - 16 h。最后得到稳定的透明胶体溶液。 

2. LDHs 纳米晶的密度梯度离心分离：