專利名稱：一種具有光致變色特性的硝酸根型水滑石及其制備方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種具有光致變色特性的硝酸根插層水滑石及其制備方法。
背景技術(shù)：
文獻(xiàn)H.Tagaya，S.Sato，T.Kuwahara，J.Kadokawa，K.Masa and K.Chiba，J.Mater.Chem.，1994，4，1907和T.Kuwahara，H.Tagaya and K.Chiba，Microporous Mater.1995，4，247，均采用離子交換法，以鎂鋁水滑石為主體，將有機(jī)光致變色物種引入層間，制備無機(jī)-有機(jī)雜化光致變色材料。此種方法的不足之處是該材料中水滑石只是作為改善有機(jī)光致變色材料的固體媒介，其本質(zhì)上并沒有參與光致變色，且受到插層客體自身的光敏性能，所帶電荷及離子構(gòu)型等因素的影響。
自1975年(S.Miyata，Clays and Clay minerals，1975，23，369)就有共沉淀法合成鎂鋁硝酸根型的水滑石的報(bào)道，其后多數(shù)水滑石領(lǐng)域的研究者也合成過硝酸根型水滑石，而這些工作只是將硝酸根型的水滑石作為前體，通過離子交換的方法得到層間為體積較大的陰離子的插層水滑石，硝酸根型的水滑石并不是目的產(chǎn)物。Gianni A.Caravaggio，Christian Detellier and Zbigniew Wronski，J.Mater.Chem.，2001，11，912，采用共沉淀法合成了不同鎳鋁比的鎳鋁硝酸根型水滑石并研究了其作為電池正極材料的電化學(xué)性能，但并沒有涉及到光致變色特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明直接以水滑石為基體，根據(jù)水滑石本身所具有的分子可調(diào)控性及可插層性進(jìn)行分子設(shè)計(jì)，制備一種具有特定光敏性能的光致變色材料。該材料是以層間陰離子硝酸根受紫外輻射與層板二價(jià)過渡金屬元素發(fā)生配位作用并伴隨電子轉(zhuǎn)移從而產(chǎn)生光致變色現(xiàn)象的，克服了傳統(tǒng)的光致變色材料局限于某一光敏性能，可以實(shí)現(xiàn)光熱可逆，并且為無污染的無機(jī)-無機(jī)雜化體系。
該光致變色材料為層間陰離子是硝酸根的水滑石，為層狀結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)式為[M2+1-xM3+x]NO3x-·mH2O，其中0.1≤x≤0.33，m＝3-6為層間結(jié)晶水分子數(shù)，M2+代表二價(jià)金屬離子，可以是Ni2+，Co2+或Fe2+的任何一種，M2+優(yōu)選Ni2+；M3+代表三價(jià)金屬離子，可以是Co3+，F(xiàn)e3+，Al3+或Ga3+的任何一種，M3+優(yōu)選Al3+；
該水滑石具有光致變色性能，即當(dāng)用200W-1000W的高壓汞燈照射10-60分鐘，水滑石的顏色發(fā)生變化，而在60-100℃加熱后，顏色恢復(fù)，且此光熱過程可逆。
該硝酸根型水滑石是用一下方法制備得到的，A.配制可溶性二價(jià)金屬硝酸鹽和可溶性三價(jià)金屬硝酸鹽的混合溶液，其中二價(jià)金屬離子濃度為0.2-1.2M，二價(jià)、三價(jià)金屬離子摩爾比為2-4∶1；二價(jià)金屬離子可以是Ni2+、Co2+或Fe2+的任何一種，優(yōu)選Ni2+；三價(jià)金屬離子可以是Co3+、Fe3+、Al3+或Ga3+的任意一種，優(yōu)選Al3+；B.配制濃度為1.0-4.0M的NaOH或KOH堿溶液；C.將步驟A配制的硝酸鹽混合溶液緩慢地滴加到步驟B配制的堿溶液中，劇烈攪拌，直至pH范圍為8-10，滴加結(jié)束，在50℃-90℃晶化12-70小時(shí)，過濾，洗滌到中性，60℃-100℃干燥24小時(shí)，得到硝酸根型水滑石。
將得到的水滑石進(jìn)行XRD、IR、元素分析表征顯示，硝酸根為層間唯一的陰離子。
將上述水滑石置于200W-1000W下的高壓汞燈下照射10-60分鐘，水滑石的顏色發(fā)生變化，固體紫外表征為吸收度的增加，且60-100℃加熱后，顏色恢復(fù)，且此光熱過程可逆。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.首次合成了具有光致變色特性的水滑石；2.所采用的制備方法工藝簡單，成本低，反應(yīng)易于進(jìn)行；3.通過控制溶液中二價(jià)和三價(jià)金屬離子的種類和摩爾比，可調(diào)控水滑石的光致變色性能。
4.層板含有過渡金屬的硝酸根型水滑石是一種無機(jī)-無機(jī)復(fù)合光致變色材料，較傳統(tǒng)的有機(jī)或無機(jī)一有機(jī)光致變色材料制備簡單且無污染。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1步驟A將21.76g(0.1mol)的固體Ni(NO3)2·6H2O和14g(0.05mol)的固體Al(NO3)3·9H2O溶于100ml水中。
步驟B將12gNaOH溶于100ml水中配成3.0M的堿溶液。
步驟C一邊劇烈攪拌，一邊將鹽溶液緩慢滴加至堿溶液中，調(diào)節(jié)pH＝9滴加結(jié)束，65℃晶化24h，過濾、洗滌至pH值約為7，65℃干燥24h，得到鎳鋁硝酸根型水滑石材料。
由XRD譜圖、IR譜圖和元素分析可知，得到的水滑石層間陰離子全部為硝酸根，是一種晶相單一、結(jié)構(gòu)一致的LDHs材料。
將該LDHs置于250W的高壓汞燈下照射20分鐘，其顏色由淺藍(lán)色變?yōu)樯罨疑?，?jīng)65℃加熱一段時(shí)間，顏色又恢復(fù)為淺藍(lán)色，且此過程可逆。
實(shí)施例2步驟A將11.64g(0.04mol)的固體Co(NO3)2·6H2O和7.5g(0.02mol)的固體Al(NO3)3·9H2O溶于100ml水中。
步驟B將8gNaOH溶于100ml水中配成2.0M的堿溶液。
步驟C一邊劇烈攪拌，一邊將鹽溶液緩慢滴加至堿溶液中，調(diào)節(jié)pH＝8滴加結(jié)束，80℃晶化24h，過濾、洗滌至pH值約為7，80℃干燥24h，得到鈷鋁硝酸根型水滑石材料。
由XRD譜圖、IR譜圖和元素分析可知，得到的水滑石層間陰離子全部為硝酸根，是一種晶相單一、結(jié)構(gòu)一致的LDHs材料。
將該產(chǎn)物置于500W的高壓汞燈下照射30分鐘，其顏色由粉色變?yōu)闇\紅色，且此過程光熱可逆。
權(quán)利要求
1.一種具有光致變色特性的硝酸根型水滑石，其為層狀結(jié)構(gòu)，其特征是結(jié)構(gòu)式為[M2+1-xM3+x]NO3-x·mH2O，其中0.1≤x≤0.33，m＝3-6為層間結(jié)晶水分子數(shù)，M2+代表二價(jià)金屬離子，可以是Ni2+，Co2+或Fe2+的任何一種；M3+代表三價(jià)金屬離子，可以是Co3+，F(xiàn)e3+，Al3+或Ga3+的任何一種；該水滑石具有光致變色性能，即當(dāng)用200W-1000W的高壓汞燈照射10-60分鐘，水滑石的顏色發(fā)生變化，而在60-100℃加熱后，顏色恢復(fù)，且此光熱過程可逆。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光致變色特性的硝酸根型水滑石，其特征是二價(jià)金屬離M2+優(yōu)選Ni2+，三價(jià)金屬離子M3+優(yōu)選Al3+。
3.一種具有光致變色特性的硝酸根型水滑石的制備方法，其制備步驟如下A.配制可溶性二價(jià)金屬硝酸鹽和可溶性三價(jià)金屬硝酸鹽的混合溶液，其中二價(jià)金屬離子濃度為0.2-1.2M，二價(jià)、三價(jià)金屬離子摩爾比為2-4∶1；二價(jià)金屬離子可以是Ni2+、Co2+或Fe2+的任何一種，三價(jià)金屬離子可以是Co3+、Fe3+、Al3+或Ga3+的任意一種；B.配制濃度為1.0-4.0M的NaOH或KOH堿溶液；C.將步驟A配制的硝酸鹽混合溶液緩慢地滴加到步驟B配制的堿溶液中，劇烈攪拌，直至pH范圍為8-10，滴加結(jié)束，在50℃-90℃晶化12-70小時(shí)，過濾，洗滌到中性，60℃-100℃干燥24小時(shí)，得到硝酸根型水滑石。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有光致變色特性的硝酸根型水滑的制備方法，其特征是二價(jià)金屬離Ni2+，三價(jià)金屬離子優(yōu)選Al3+。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有光致變色特性的硝酸根型水滑石及其制備方法。本發(fā)明以含有二價(jià)過渡金屬的層板為主體，將客體硝酸根引入層間，得到層間陰離子為硝酸根的水滑石，其結(jié)構(gòu)式為[M
文檔編號(hào)B01J23/75GK1566260SQ0314842
公開日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2003年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月1日
發(fā)明者段雪, 周彤, 王戈, 王治強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)