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纳米片状类水滑石及磁性纳米颗粒的合成及研究

摘要

近年来，磁性纳米材料吸引了广泛的关注。因磁性纳米材料所具有的独特性质，它被

广泛应用于机械、国防军工、生物医学、公共卫生、能源、电学、存储等诸多领域。对于

磁性纳米材料的应用，寻找制备磁性纳米颗粒的高效便捷的方法具有十分重要的意义。类

水滑石（LDHs）由于其特有的层状结构，在热稳定剂、阻燃、吸附、医药载体、催化以及

磁、光、电等方面具有光明的应用前景。其特有的结构让片层中的金属离子以独特单离子

层形式存在。因此，类水滑石在制备磁性纳米材料方面具有潜力。

目前，有多种方法可以制备出类水滑石，例如离子交换法、焙烧氧化物复原法、共沉

淀法等。这些方法经过研究者们深入研究，已经取得了较优化的反应条件，如可制备出与

原始的结构相同的含不同阴离子的类水滑石、多元类水滑石或结晶度良好的类水滑石等，

但个别仍存有缺陷，如制备过程复杂、需要在特定温度下实验、得到的生成物不均匀等。

溶液反应法和水热反应法制备的类水滑石形状均匀，具有纳米级的片层状结构，方法简单

快捷，合成的类水滑石纳米片纯度高，并且可以人为调控反应条件从而控制产物的形貌，

在实验室中溶液反应法和水热反应法是制备高质量类水滑石纳米片的常用方法。

本文使用含有过渡金属盐溶液CoCl、FeCl、NiSO，分别与氨水或尿素共同作为反

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应液，利用水热反应法和溶液反应法在铝片上直接生成了均匀的、结晶度良好的

Co-Al-LDHs、Fe-Al-LDHs以及Ni-Al-LDHs纳米片，研究了其结构及形貌。讨论了在类水

滑石纳米片生长的过程中，反应时间、反应温度、碱液浓度、以及碱液种类的不同对生成

物所产生的影响。

结果表明，当使用氨水作为碱液使用溶液反应法时，纳米片之间相互交连生长，纳米

片形状不规则且绝大多数的纳米片是近似垂直生长于铝基底；用尿素作为碱液使用水热反

应法时，纳米片呈明显的六边形形状，并且厚度明显高于用氨水作为碱液时所得产物的厚

度。

研究了类水滑石纳米片的生长机理。LDHs的生长首先是由形成LDHs的晶核开始，

然后使晶核继续生长为类水滑石纳米片；氨水、尿素等弱碱有利于生成形态良好的类水滑

石纳米片。

研究了将类水滑石纳米片置于氢气气氛下进行还原后所得的产物，对其进行结构表征

并研究其磁学性质。结果表明，金属阳离子以磁性金属纳米颗粒的形态被还原出来，还原

后得到的颗粒尺寸处于纳米数量级，大小均匀，并且具有磁性，纳米颗粒镶嵌在前驱体中

且没有破坏前驱体原有的片状结构，磁性纳米颗粒在室温下保持稳定的状态，它们所具有

的许多新特性会使其成为催化剂材料、磁性流体材料及磁记录材料。

关键词：

水热合成法，类水滑石，层状结构，过渡金属，磁性纳米颗粒

SynthesisandResearchofNano-flakeHydrotalciteandMagnetic

Nanoparticles

Abstract

Inrecentyears,magneticnanomaterialshaveattractedextensiveattention.Becauseofthe

uniquepropertiesofmagneticnanomaterials,theyarewidelyusedinmachinery,national

defense,militaryindustry,biomedical,publichealth,energy,electricity,storageandmanyother

fields.Fortheapplicationofmagneticnanomaterials,itisveryimportanttofindanefficientand

convenientmethodtopreparemagneticnanoparticles.Because