一种二氧化锰/水滑石无机纳米片复合超薄膜及其制备方法技术

一种二氧化锰／水滑石无机纳米片复合超薄膜及其制备方法，属无机薄膜材料及其制备技术领域。复合超薄膜的化学组成通式为（ｎｓ－ＭｎＯ↓［２］／ｎｓ－ＬＤＨｓ）↓［ｎ］，其中ｎｓ－ＭｎＯ↓［２］为层板带负电荷的二氧化锰纳米片，ｎｓ－ＬＤＨｓ为层板带正电荷的水滑石纳米片，ｎ为复合超薄膜的层数，ｎ≥１。制备方法是：先分别制备出层板带负电荷的二氧化锰纳米片和层板带正电荷的水滑石纳米片，然后通过静电自组装技术将上述两种纳米片依次重复组装到经表面处理的基片上。优点在于，该无机纳米片复合超薄膜根据化学组成的不同，可用作紫外屏蔽材料或镍基碱性二次电池电极材料，此外在光电催化、电化学催化及电化学传感器等领域也具有潜在的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化锰/水滑石无机纳米片复合超薄膜及其制备方法
本专利技术属于无机薄膜材料及其制备
，特别是涉及一种二氧化锰/水滑石无机纳米片复合超薄膜及其制备方法。
技术介绍
将无机层状化合物通过层板剥离技术可制得单层或薄层纳米片(nanosheet)。无机纳米片一般具有一纳米到几个纳米的厚度、几十纳米到几个微米的横向尺度，因此具有高各向异性和高比表面积的特点；无机纳米片厚度仅为几个纳米而具有显著的纳米效应，具有独特的光、电、磁、热特性；无机纳米片具有精确的化学组成和二维的晶体结构，每个纳米片可看作一个单晶。基于纳米片的结构特征，人们采用静电层层自组装技术将无机纳米片与聚合物进行组装，已成功制备了多种有机/无机、无机/无机超薄膜，并表现出多种多样的性能特征。在文献Chem.Mater.，2003，15：2873-2878中，Lianzhou Wang等人将聚二烯丙基二甲基铵(PDDA)聚阳离子与二氧化锰纳米片通过静电自组装技术制备了一种有机/无机复合超薄膜。以单层氧化铟锡(ITO)导电玻璃/枝化聚乙烯胺(PEI)/MnO2纳米片超薄膜电极作为工作电极，Ag/Ag+/乙腈电极作为参比电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化锰／水滑石无机纳米片复合超薄膜，其特征在于，化学组成通式为（ｎｓ－ＭｎＯ↓［２］／ｎｓ－ＬＤＨｓ）↓［ｎ］，其中ｎｓ－ＭｎＯ↓［２］为层板带负电荷的二氧化锰纳米片，ｎｓ－ＬＤＨｓ为层板带正电荷的水滑石纳米片，ｎ为复合超薄膜的层数，ｎ≥１。

【技术特征摘要】
1、一种二氧化锰/水滑石无机纳米片复合超薄膜，其特征在于，化学组成通式为(ns-MnO2/ns-LDHs)n，其中ns-MnO2为层板带负电荷的二氧化锰纳米片，ns-LDHs为层板带正电荷的水滑石纳米片，n为复合超薄膜的层数，n≥1。2、按照权利要求1所述的薄膜，其特征在于，二氧化锰纳米片的化学组成为[Mnδ3+Mn1-δ4+]O2δ-；Mn3+和Mn4+分别代表+3价和+4价的锰离子，δ和1-δ分别为+3价和+4价锰离子的物质的量分数，δ-为二氧化锰纳米片所带负电荷；锰氧八面体通过共边形成片状结构，其厚度为0.6～10nm，其长度和宽度在50～300nm范围内。3、按照权利要求1所述的薄膜，其特征在于，水滑石纳米片的化学组成为[M2+1-βM3+β(OH)2]β+；M2+代表+2价金属离子Mg2+、Zn2+、Ni2+、Fe2+、Mn2+中的一种，较佳的为Mg2+；M3+代表+3价金属离子Al3+、Cr3+、Fe3+、V3+、Co3+、Ga3+、Ti3+中的一种，较佳的为Al3+；1-β和β分别为+2价和+3价金属离子的物质的量分数，且0.2≤β≤0.4；β+为水滑石纳米片所带正电荷；金属离子和氢氧根离子以共价键构成八面体，通过共边形成片状结构，其厚度为0.6～5nm，其长度和宽度在50～500nm范围内。4、一种制备权利要求1所述的二氧化锰/水滑石无机纳米片复合超薄膜的方法，其特征在于，工艺步骤为：a、层板带负电荷的二氧化锰纳米片的制备：按OH-与Mn2+物质的量比为3∶1～4∶1，H2O2与Mn物质的量比为6∶1～8∶1，将含有0.6～0.8mol/LNaOH和1.0～1.5mol/L H2O2的混和溶液加入到0.3～0.4mol/L的Mn(NO3)2溶液中，搅拌反应20～30分钟，过滤，将滤饼转移至聚四氟乙烯容器中；按照OH-与MnO2物质的量比为2∶1～4∶1且装满度≤80％，加入浓度为2.0～3.0mol/L的NaOH溶液，搅拌呈糊状，将聚四氟乙烯容器密封于水热釜中，在150～160℃水热处理15～20小时；将水热釜自然冷却至室温，开釜抽滤，用二次蒸馏水洗滤饼至滤液pH值为8～9，将滤饼在70～80℃空气气氛中干燥6～9小时，得到层状二氧化锰；按照H+与层状二氧化锰物质的量比为10∶1～15∶1，将上述层状二氧化锰固体粉末加入浓度为1.0～1.5mol/L的HNO3溶液中，室温搅拌反应3～5天，其间每隔24小时更换一次新的1.0～1.5mol/LHNO3溶液，反应结束后将混合液抽滤，用二次蒸馏水洗涤至滤液pH值为6～7，将滤饼在70～80℃空气气氛中干燥6～9小时，得到氢交换二氧化锰；按四甲基氢氧化铵与氢交换二氧化锰物质的量比为2∶1～4∶1，将上述氢交换二氧化锰加入到质量分数为1.5％～2.0％的四甲基氢氧化铵水溶液中，室温下搅拌反应7～10天，将混合液在-->10000～12000转数/分钟的转速下离心5～15分钟，用二次蒸馏水多次洗涤、离心分离，下层沉淀采用X射线衍射分析进行表征，XRD谱图显示层状二氧化锰前驱体的层状结构消失即可认为得到了层板带负电荷的二氧化锰纳米片；b、层板带正电荷的水滑石纳米片的制备：将M2+的可溶性盐和M3+的可溶性盐，按照M2+/M3...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文胜，王毅，张熊，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]