CN113247915B - 利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法 - Google Patents

利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113247915B
CN113247915B CN202110638219.4A CN202110638219A CN113247915B CN 113247915 B CN113247915 B CN 113247915B CN 202110638219 A CN202110638219 A CN 202110638219A CN 113247915 B CN113247915 B CN 113247915B
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene oxide
magadiite
dimensional
oxide nanosheet
acetonitrile
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110638219.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113247915A (zh
Inventor
丁鹤
杨飘萍
郭翔海
贺飞
盖世丽
杨丹
李思怡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Engineering University
Original Assignee
Harbin Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Engineering University filed Critical Harbin Engineering University
Priority to CN202110638219.4A priority Critical patent/CN113247915B/zh
Publication of CN113247915A publication Critical patent/CN113247915A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113247915B publication Critical patent/CN113247915B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/20—Silicates
    • C01B33/32—Alkali metal silicates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/198—Graphene oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/82—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by IR- or Raman-data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM

Abstract

利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法，涉及一种制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法。目的是解决magadiite材料的合成方法形貌不可控、无法精确调控层结构的规整性和层间距的问题。本发明以不同碳链长度的长碳链咪唑类化合物作为结构导向剂制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物，结构导向剂控制magadiite的层间距，并以氧化石墨烯纳米片为生长平面，进一步控制magadiite纳米片的层结构规整性，咪唑类化合物中咪唑环可***晶体骨架中并控制其孔道结构和尺寸。本发明适用于制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物。

Description

利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片 复合物的方法
技术领域
本发明涉及一种制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法。
背景技术
Magadiite(麦羟硅钠石)为二维层状结构硅酸盐材料，是水合硅钠石的一种。自然界中，magadiite逐渐堆积、晶化形成玫瑰花瓣状的微观结构，最终经历上千年的时间形成较为坚硬的岩石。Magadiite具有良好的化学及热稳定性，层间有可被交换的水合钠离子，因此具有很好的离子交换特性。层板具有较好的膨胀性，可以容纳小到质子、大到高分子和蛋白质等的客体物质。目前人工合成magadiite材料方法以水热合成法为主，提供magadiite生长所需的硅源、碱源，通过控制原料配置控制magadiite的晶化度，但无模板剂方法合成的magadiite材料呈玫瑰花瓣状，是纳米片聚集体，形貌不可控。已有研究以N,N,N’,N’-四甲基脲、聚乙二醇、四甲基溴化铵、乙二胺为结构导向剂，但此类短链结构导向剂对magadiite形貌与结构的控制作用有限，仍无法精确调控magadiite层结构的规整性和层间距离。
发明内容
本发明为了解决现有magadiite材料的合成方法形貌不可控、无法精确调控magadiite层结构的规整性和层间距离的问题，提出一种利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法。
本发明利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法按照以下步骤进行：
一、将0.50g～0.90g结构导向剂溶解在5.00g～8.00g、温度为60℃～80℃的水中，得到溶液A；
步骤一中结构导向剂为[C22H45-N+C5H8N]Br-、[C18H37-N+C5H8N]Br-、[C16H33-N+C5H8N]Br-或[C12H25-N+C5H8N]Br-；
二、将1.40g～1.50g氢氧化钠和3.00g～3.90g硫酸根源溶解于33.00g水中，得到溶液B；
三、将2.80g～3.50g硅源和3.00g～4.00g溶液B加入步骤一所得的溶液A中，加入1～10mL浓度为1～50mg/mL的氧化石墨烯纳米片分散液，得到凝胶C；
四、将凝胶C升温至60℃～80℃，并在搅拌条件下老化5h～8h，得到凝胶溶液D；
五、将老化后的凝胶溶液D加入到不锈钢水热合成反应釜中，升温至100℃～200℃并保温24h～240h，得到的产物进行离心洗涤和干燥，得到二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物。
本发明的有益效果是：
1、本发明以不同碳链长度的长碳链咪唑类化合物作为新型结构导向剂制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物，结构导向剂控制magadiite的层间距，以氧化石墨烯纳米片为生长平面，进一步控制magadiite纳米片的层结构规整性。所制备的上百纳米magadiite纳米片使二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物在催化、吸附、分离等多种领域有着巨大的应用潜力。其中，长碳链咪唑类化合物可溶于水，熔点低，沸点高，稳定性优良。在诱导magadiite合成过程中，咪唑类化合物中咪唑环可***晶体骨架中并控制其孔道结构和尺寸，咪唑环上丰富的取代位点为分子筛孔道控制提供了多种选择性，且咪唑类衍生物稳定性高，可回收。
2、本发明所制备的magadiite/氧化石墨烯纳米片呈现二维片层结构，具有晶体晶化度高、形貌均一的特点。
3、本发明通过控制有机结构导向剂的碳链长度，实现magadiite纳米片层间距精确调控；通过氧化石墨烯平面结构，强化了magadiite片层结构延展性，利于形成上百纳米长和宽的纳米片，片层结构不聚集成球状。
4、本发明通过水热法合成，工艺流程较为简单，合成效率高，重复性好，反应体系对环境无污染，具有很好的应用前景、经济效益和实用价值。
5、本发明中水热法，合成纳米材料其大小形貌等特点较为稳定，体积较小，纯度较高、结晶度高，且有明显的片状结构，能稳定实现对晶体骨架孔道合成中结构和尺寸的诱导和控制。
附图说明
图1为150℃条件下C22-Mag/氧化石墨烯纳米片、C18-Mag/氧化石墨烯纳米片、C16-Mag/氧化石墨烯纳米片和C12-Mag/氧化石墨烯纳米片的PXRD图；
图2为C22-Mag/氧化石墨烯纳米片在2μm尺度下片层侧面扫描电镜图；
图3为C18-Mag/氧化石墨烯纳米片在2μm尺度下片层正面扫描电镜图；
图4为C16-Mag/氧化石墨烯纳米片在2μm尺度下片层正面扫描电镜图；
图5为C12-Mag/氧化石墨烯纳米片在2μm尺度下片层正面扫描电镜图；
图6图为C22-Mag/氧化石墨烯纳米片在0.5μm尺度下的透射电镜图；
图7图为C22-Mag/氧化石墨烯纳米片在50nm尺度下的透射电镜图；
图8为图7中C22-Mag/氧化石墨烯纳米片的电子透射衍射图；
图9图为C22-Mag/氧化石墨烯纳米片在20nm尺度下的单片结构透射电镜图；
图10为C22-Mag/氧化石墨烯纳米片、C18-Mag/氧化石墨烯纳米片、C16-Mag/氧化石墨烯纳米片和C12-Mag/氧化石墨烯纳米片样品的FT-IR光谱图；
图11为[C22H45-N+C5H8N]Br-的结构式；
图12为[C18H37-N+C5H8N]Br-的结构式；
图13为[C16H33-N+C5H8N]Br-的结构式；
图14为[C12H25-N+C5H8N]Br-的结构式。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
具体实施方式一：本实施方式利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法按照以下步骤进行：
一、将0.50g～0.90g结构导向剂溶解在5.00g～8.00g、温度为60℃～80℃的水中，得到溶液A；
步骤一中结构导向剂为[C22H45-N+C5H8N]Br-、[C18H37-N+C5H8N]Br-、[C16H33-N+C5H8N]Br-或[C12H25-N+C5H8N]Br-；在60℃～80℃水中溶解结构导向剂，通过加热帮助溶解。
二、将1.40g～1.50g氢氧化钠和3.00g～3.90g硫酸根源溶解于33.00g水中，得到溶液B；
三、将2.80g～3.50g硅源和3.00g～4.00g溶液B加入步骤一所得的溶液A中，加入1～10mL浓度为1～50mg/mL的氧化石墨烯纳米片分散液，得到凝胶C；
四、将凝胶C升温至60℃～80℃，并在搅拌条件下老化5h～8h，得到凝胶溶液D；
五、将老化后的凝胶溶液D加入到不锈钢水热合成反应釜中，升温至100℃～200℃并保温24h～240h，得到的产物进行离心洗涤和干燥，得到二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物。
1、本实施方式以不同碳链长度的长碳链咪唑类化合物作为新型结构导向剂制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物，结构导向剂控制magadiite的层间距，以氧化石墨烯纳米片为生长平面，进一步控制magadiite纳米片的层结构规整性。所制备的上百纳米magadiite纳米片使二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物在催化、吸附、分离等多种领域有着巨大的应用潜力。其中，长碳链咪唑类化合物可溶于水，熔点低，沸点高，稳定性优良。在诱导magadiite合成过程中，咪唑类化合物中咪唑环可***晶体骨架中并控制其孔道结构和尺寸，咪唑环上丰富的取代位点为分子筛孔道控制提供了多种选择性，且咪唑类衍生物稳定性高，可回收。
2、本实施方式所制备的magadiite/氧化石墨烯纳米片呈现二维片层结构，具有晶体晶化度高、形貌均一的特点。
3、本实施方式通过控制有机结构导向剂的碳链长度，实现magadiite纳米片层间距精确调控；通过氧化石墨烯平面结构，强化了magadiite片层结构延展性，利于形成上百纳米长和宽的纳米片，片层结构不聚集成球状。
4、本实施方式通过水热法合成，工艺流程较为简单，合成效率高，重复性好，反应体系对环境无污染，具有很好的应用前景、经济效益和实用价值。
5、本实施方式中水热法，合成纳米材料其大小形貌等特点较为稳定，体积较小，纯度较高、结晶度高，且有明显的片状结构，能稳定实现对晶体骨架孔道合成中结构和尺寸的诱导和控制。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：
步骤一中，[C22H45-N+C5H8N]Br-的制备方法按照以下步骤进行：将39.00g的1-溴二十二烷与12.45g的1,2-二甲基咪唑加入600mL的乙腈/甲苯混合液中，乙腈/甲苯混合液中乙腈和甲苯的体积比为1:1，在氮气氛围下于70℃反应12h；反应停止后，通过旋蒸处理至反应液体积减少一半，将剩余的反应液冰浴4h，冰浴后得到的固体沉淀过滤后经***多次洗涤，最后在60℃下真空干燥12h；
步骤一中，[C18H37-N+C5H8N]Br-的制备方法按照以下步骤进行：将35.00g的1-溴十八烷与12.45g的1,2-二甲基咪唑加入600mL的乙腈/甲苯混合液中，乙腈/甲苯混合液中乙腈和甲苯的体积比为1:1，在氮气氛围下于70℃反应12h；反应停止后，通过旋蒸处理至反应液体积减少一半，将剩余的反应液冰浴4h，冰浴后得到的固体沉淀过滤后经***多次洗涤，最后在60℃下真空干燥12h；
步骤一中，[C16H33-N+C5H8N]Br-的制备方法按照以下步骤进行：将32.00g的1-溴十六烷与12.45g的1,2-二甲基咪唑加入600mL的乙腈/甲苯混合液中，乙腈/甲苯混合液中乙腈和甲苯的体积比为1:1，在氮气氛围下于70℃反应12h；反应停止后，通过旋蒸处理至反应液体积减少一半，将剩余的反应液冰浴4h，冰浴后得到的固体沉淀过滤后经***多次洗涤，最后在60℃下真空干燥12h；
步骤一中，[C12H25-N+C5H8N]Br-的制备方法按照以下步骤进行：将28.00g的1-溴十六烷与12.45g的1,2-二甲基咪唑加入600mL的乙腈/甲苯混合液中，乙腈/甲苯混合液中乙腈和甲苯的体积比为1:1，在氮气氛围下于70℃反应12h；反应停止后，通过旋蒸处理至反应液体积减少一半，将剩余的反应液冰浴4h，冰浴后得到的固体沉淀过滤后经***多次洗涤，最后在60℃下真空干燥12h。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中硫酸根源为硫酸钠。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤三中硅源为原硅酸四乙酯。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤四中搅拌转速为300rpm～500rpm。使用300rpm～500rpm转速为了更好的分散试剂，达到反应完全、均匀升温等目的，同时将材料的大部分水加速蒸发以形成凝胶。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤四中升温速度为3℃/min～10℃/min。升温速度为3℃/min～10℃/min进行升温有利于控制反应的稳定和反应速度，同时有利于及时观察与控制。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤五中的升温速度为3℃/min～10℃/min。升温速度为3℃/min～10℃/min进行升温有利于控制反应的稳定和反应速度，同时有利于及时观察与控制。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤五中离心洗涤的工艺为：①、得到的产物先加入乙醇，依次进行洗涤、超声分散和离心，得到沉淀；所得沉淀再加入水中并依次进行洗涤、超声分散和离心；离心的速率为4000rpm～10000rpm；②、重复步骤①3次。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤五中干燥在真空环境和50℃～70℃下进行。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤五得到的二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物由二维长方形的magadiite纳米片和二维长方形的氧化石墨烯纳米片间隔堆叠构成。层间距离随结构导向剂碳链长度的减小而减小。
实施例1：
本发明利用长碳链咪唑类化合物用作结构导向剂制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法按照以下步骤进行：
一、将0.82gC22H45-N+C5H8N]Br-溶解在7.5g、温度为70℃的水中，得到溶液A；
[C22H45-N+C5H8N]Br-的制备方法按照以下步骤进行：将39.00g的1-溴二十二烷与12.45g的1,2-二甲基咪唑加入600mL的乙腈/甲苯混合液中，乙腈/甲苯混合液中乙腈和甲苯的体积比为1:1，在氮气氛围下于70℃反应12h；反应停止后，通过旋蒸处理至反应液体积减少一半，将剩余的反应液冰浴4h，冰浴后得到的固体沉淀过滤后经***多次洗涤，最后在60℃下真空干燥12h。
二、将1.44g氢氧化钠和3.83g硫酸钠溶解于33g水中，得到溶液B；
三、将3.12g原硅酸四乙酯和3.73g溶液B加入步骤一所得的溶液A中，加入1mL浓度为5mg/mL的氧化石墨烯纳米片分散液(氧化石墨烯纳米片水溶液)，得到凝胶C；四、将凝胶C升温至60℃～80℃，升温速度为5℃/min，并在搅拌条件下老化6h，搅拌转速为300rpm，得到凝胶溶液D；
五、将老化后的凝胶溶液D加入到不锈钢水热合成反应釜中，升温至150℃并保温168h，升温速度为5℃/min，得到的产物进行离心洗涤和干燥，得到二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物。记为C22-Mag/氧化石墨烯纳米片。
步骤五中离心洗涤的工艺为：①、得到的产物先加入乙醇，依次进行洗涤、超声分散和离心，得到沉淀；所得沉淀再加入水中并依次进行洗涤、超声分散和离心；离心的速率为5000rpm；②、重复步骤①3次；
步骤五中干燥在真空环境和60℃下进行。
实施例2：
本发明利用长碳链咪唑类化合物用作结构导向剂制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法按照以下步骤进行：
一、将0.73g[C18H37-N+C5H8N]Br-溶解在7.5g、温度为70℃的水中，得到溶液A；
[C18H37-N+C5H8N]Br-的制备方法按照以下步骤进行：将35.00g的1-溴十八烷与12.45g的1,2-二甲基咪唑加入600mL的乙腈/甲苯混合液中，乙腈/甲苯混合液中乙腈和甲苯的体积比为1:1，在氮气氛围下于70℃反应12h；反应停止后，通过旋蒸处理至反应液体积减少一半，将剩余的反应液冰浴4h，冰浴后得到的固体沉淀过滤后经***多次洗涤，最后在60℃下真空干燥12h。
二、将1.44g氢氧化钠和3.83g硫酸钠溶解于33g水中，得到溶液B；
三、将3.12g原硅酸四乙酯和3.73g溶液B加入步骤一所得的溶液A中，加入1mL浓度为10mg/mL的氧化石墨烯纳米片分散液(氧化石墨烯纳米片水溶液)，得到凝胶C；
四、将凝胶C升温至60℃～80℃，升温速度为5℃/min，并在搅拌条件下老化6h，搅拌转速为300rpm，得到凝胶溶液D；
五、将老化后的凝胶溶液D加入到不锈钢水热合成反应釜中，升温至150℃并保温168h，升温速度为5℃/min，得到的产物进行离心洗涤和干燥，得到二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物。记为C18-Mag/氧化石墨烯纳米片。
步骤五中离心洗涤的工艺为：①、得到的产物先加入乙醇，依次进行洗涤、超声分散和离心，得到沉淀；所得沉淀再加入水中并依次进行洗涤、超声分散和离心；离心的速率为5000rpm；②、重复步骤①3次；
步骤五中干燥在真空环境和60℃下进行；
实施例3：
本发明利用长碳链咪唑类化合物用作结构导向剂制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法按照以下步骤进行：
一、将0.68g[C16H33-N+C5H8N]Br-溶解在7.5g、温度为70℃的水中，得到溶液A；
[C16H33-N+C5H8N]Br-的制备方法按照以下步骤进行：将32.00g的1-溴十六烷与12.45g的1,2-二甲基咪唑加入600mL的乙腈/甲苯混合液中，乙腈/甲苯混合液中乙腈和甲苯的体积比为1:1，在氮气氛围下于70℃反应12h；反应停止后，通过旋蒸处理至反应液体积减少一半，将剩余的反应液冰浴4h，冰浴后得到的固体沉淀过滤后经***多次洗涤，最后在60℃下真空干燥12h。
二、将1.44g氢氧化钠和3.83g硫酸钠溶解于33g水中，得到溶液B；
三、将3.12g原硅酸四乙酯和3.73g溶液B加入步骤一所得的溶液A中，加入1mL浓度为20mg/mL的氧化石墨烯纳米片分散液(氧化石墨烯纳米片水溶液)，得到凝胶C；
四、将凝胶C升温至60℃～80℃，升温速度为5℃/min，并在搅拌条件下老化6h，搅拌转速为300rpm，得到凝胶溶液D；
五、将老化后的凝胶溶液D加入到不锈钢水热合成反应釜中，升温至150℃并保温168h，升温速度为5℃/min，得到的产物进行离心洗涤和干燥，得到二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物。记为C16-Mag/氧化石墨烯纳米片。
步骤五中离心洗涤的工艺为：①、得到的产物先加入乙醇，依次进行洗涤、超声分散和离心，得到沉淀；所得沉淀再加入水中并依次进行洗涤、超声分散和离心；离心的速率为5000rpm；②、重复步骤①3次；
步骤五中干燥在真空环境和60℃下进行；
实施例4：
本发明利用长碳链咪唑类化合物用作结构导向剂制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法按照以下步骤进行：
一、将0.59g[C12H25-N+C5H8N]Br-溶解在7.5g、温度为70℃的水中，得到溶液A；
[C12H25-N+C5H8N]Br-的制备方法按照以下步骤进行：将28.00g的1-溴十六烷与12.45g的1,2-二甲基咪唑加入600mL的乙腈/甲苯混合液中，乙腈/甲苯混合液中乙腈和甲苯的体积比为1:1，在氮气氛围下于70℃反应12h；反应停止后，通过旋蒸处理至反应液体积减少一半，将剩余的反应液冰浴4h，冰浴后得到的固体沉淀过滤后经***多次洗涤，最后在60℃下真空干燥12h。
二、将1.44g氢氧化钠和3.83g硫酸钠溶解于33g水中，得到溶液B；
三、将3.12g原硅酸四乙酯和3.73g溶液B加入步骤一所得的溶液A中，加入1mL浓度为50mg/mL的氧化石墨烯纳米片分散液(氧化石墨烯纳米片水溶液)，得到凝胶C；
四、将凝胶C升温至60℃～80℃，升温速度为5℃/min，并在搅拌条件下老化6h，搅拌转速为300rpm，得到凝胶溶液D；
五、将老化后的凝胶溶液D加入到不锈钢水热合成反应釜中，升温至150℃并保温168h，升温速度为5℃/min，得到的产物进行离心洗涤和干燥，得到二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物。记为C12-Mag/氧化石墨烯纳米片。
步骤五中离心洗涤的工艺为：①、得到的产物先加入乙醇，依次进行洗涤、超声分散和离心，得到沉淀；所得沉淀再加入水中并依次进行洗涤、超声分散和离心；离心的速率为5000rpm；②、重复步骤①3次；
步骤五中干燥在真空环境和60℃下进行；
图1为150℃条件下C22-Mag/氧化石墨烯纳米片、C18-Mag/氧化石墨烯纳米片、C16-Mag/氧化石墨烯纳米片和C12-Mag/氧化石墨烯纳米片的PXRD图。分别标明了100，110，001，002，003，20-2，022，20-3，020，021等晶面。合成样品的PXRD衍射图谱与传统的magadiite衍射图谱(JCPDS42-1350)一致，且新合成样品在小角度范围内有新特征峰出现。在大角度范围内(5°<2θ<30°)，样品在2θ＝5.59°，11.32°和17.16°处三个特征峰对应magadiite结构的(001)，(002)和(003)衍射面，其晶面距离分别为d＝1.6nm，0.8nm和0.5nm。这三个特征峰强度随着结构导向剂中碳链长度的减小而减弱。在2θ＝22～30°之间，由于magadiite在c轴方向上相邻层状结构之间堆积不完整，样品的PXRD衍射图谱中magadite特征峰强度较弱的。在小角度范围内(2θ<5°)，样品C22-Mag/氧化石墨烯纳米片有两个特征峰2θ＝1.84°和2.82°，其晶面距离分别为d＝4.8nm和3.1nm，属于(100)和(110)衍射面。(100)衍射面仅存在于C22-Mag/氧化石墨烯纳米片中，(110)面同时存在于C18-Mag/氧化石墨烯纳米片、C16-Mag/氧化石墨烯纳米片和C12-Mag/氧化石墨烯纳米片中，其晶面距离分别为d＝3.7nm，3.5nm和3.1nm。
图2为C22-Mag/氧化石墨烯纳米片在2μm尺度下片层侧面扫描电镜图；
图3为C18-Mag/氧化石墨烯纳米片在2μm尺度下片层正面扫描电镜图；
图4为C16-Mag/氧化石墨烯纳米片在2μm尺度下片层正面扫描电镜图；
图5为C12-Mag/氧化石墨烯纳米片在2μm尺度下片层正面扫描电镜图；
传统的magadiite硅酸盐为由层状硅片交联，堆叠形成的玫瑰花瓣状球形聚集体。而通过图2～图5可知，以长碳链咪唑环为结构导向剂的C22-Mag/氧化石墨烯纳米片中，玫瑰花瓣状球形聚集体完全消失，样品呈二维长方形层状纳米片堆叠状。其片层状结构大小随结构导向剂碳链长度的减小而减小。该二维片层状结构的形成是因为层间结构扩张引发球形颗粒解体，在长碳链咪唑环结构导向剂的诱导下片层结构平行堆叠，该分析结果与PXRD图谱中小角度范围内存在的层状特征峰表征结果相符。其中，C22-Mag/氧化石墨烯纳米片为松散的单层结构，其片层长约1μm，厚度约为6.6nm。
图6图为C22-Mag/氧化石墨烯纳米片在0.5μm尺度下的透射电镜图；
图7图为C22-Mag/氧化石墨烯纳米片在50nm尺度下的透射电镜图；
图8为图7中C22-Mag/氧化石墨烯纳米片的电子透射衍射图；
图9图为C22-Mag/氧化石墨烯纳米片在20nm尺度下的单片结构透射电镜图。
从图6～图9观察可知，C22-Mag/氧化石墨烯纳米片呈方形多层结构，与SEM表征结果一致。且TEM图中未观察到三维的堆叠结构，结构导向剂有效地诱导了层状纳米片的堆叠取向。图9为C22-Mag/氧化石墨烯纳米片样品的单片结构，样品未经过剥离操作，表明其结构具有一定的松散度。通过图8可知C22-Mag/氧化石墨烯纳米片晶化完全。
图10为C22-Mag/氧化石墨烯纳米片、C18-Mag/氧化石墨烯纳米片、C16-Mag/氧化石墨烯纳米片和C12-Mag/氧化石墨烯纳米片样品的FT-IR光谱图。分别标明了位于816，780，621，577，440等峰。其中，1250～1000cm-1之间的吸收峰为Si-O-Si不对称伸缩振动特征峰，780cm-1和816cm-1为Si-O-Si对称伸缩振动特征峰，577cm-1和620cm-1为Si-O-Si不对称弯曲振动特征峰，440cm-1为Si-O-Si对称弯曲振动特征峰。随着结构导向剂中碳链长度的减小，1250～400cm-1之间的吸收特征峰强度减弱，证明四种结构导向剂中[C22H45-N+C5H8N]Br-的结构导向作用最强，与PXRD表征结果一致。

Claims (9)

1.一种利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行：
一、将0.50g~0.90g结构导向剂溶解在5.00g~8.00g、温度为60℃~80℃的水中，得到溶液A；
步骤一中结构导向剂为[C22H45-N+C5H8N]Br-、[C18H37-N+C5H8N]Br-、[C16H33-N+C5H8N]Br-或[C12H25-N+C5H8N]Br-；
步骤一中，[C22H45-N+C5H8N]Br-的制备方法按照以下步骤进行：将39.00g的1-溴二十二烷与12.45g的1,2-二甲基咪唑加入600mL的乙腈/甲苯混合液中，乙腈/甲苯混合液中乙腈和甲苯的体积比为1:1，在氮气氛围下于70℃反应12h；反应停止后，通过旋蒸处理至反应液体积减少一半，将剩余的反应液冰浴4h，冰浴后得到的固体沉淀过滤后经***多次洗涤，最后在60℃下真空干燥12h；
步骤一中，[C18H37-N+C5H8N]Br-的制备方法按照以下步骤进行：将35.00g的1-溴十八烷与12.45g的1,2-二甲基咪唑加入600mL的乙腈/甲苯混合液中，乙腈/甲苯混合液中乙腈和甲苯的体积比为1:1，在氮气氛围下于70℃反应12h；反应停止后，通过旋蒸处理至反应液体积减少一半，将剩余的反应液冰浴4h，冰浴后得到的固体沉淀过滤后经***多次洗涤，最后在60℃下真空干燥12h；
步骤一中，[C16H33-N+C5H8N]Br-的制备方法按照以下步骤进行：将32.00g的1-溴十六烷与12.45g的1,2-二甲基咪唑加入600mL的乙腈/甲苯混合液中，乙腈/甲苯混合液中乙腈和甲苯的体积比为1:1，在氮气氛围下于70℃反应12h；反应停止后，通过旋蒸处理至反应液体积减少一半，将剩余的反应液冰浴4h，冰浴后得到的固体沉淀过滤后经***多次洗涤，最后在60℃下真空干燥12h；
步骤一中，[C12H25-N+C5H8N]Br-的制备方法按照以下步骤进行：将28.00g的1-溴十六烷与12.45g的1,2-二甲基咪唑加入600mL的乙腈/甲苯混合液中，乙腈/甲苯混合液中乙腈和甲苯的体积比为1:1，在氮气氛围下于70℃反应12h；反应停止后，通过旋蒸处理至反应液体积减少一半，将剩余的反应液冰浴4h，冰浴后得到的固体沉淀过滤后经***多次洗涤，最后在60℃下真空干燥12h；
二、将1.40g~1.50g氢氧化钠和3.00g~3.90g硫酸根源溶解于33.00g水中，得到溶液B；
三、将2.08g~3.50g硅源和3.00g~4.00g溶液B加入步骤一所得的溶液A中，加入1~10mL浓度为1~50mg/mL的氧化石墨烯纳米片分散液，得到凝胶C；
四、将凝胶C升温至60℃~80℃，并在搅拌条件下老化5h~8h，得到凝胶溶液D；
五、将老化后的凝胶溶液D加入到不锈钢水热合成反应釜中，升温至100℃~200℃并保温24h~240h，得到的产物进行离心洗涤和干燥，得到二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物。
2.根据权利要求1所述的利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法，其特征在于：步骤二中硫酸根源为硫酸钠。
3.根据权利要求1所述的利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法，其特征在于：步骤三中硅源为原硅酸四乙酯。
4.根据权利要求1所述的利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法，其特征在于：步骤四中搅拌转速为300rpm~500rpm。
5.根据权利要求1所述的利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法，其特征在于：步骤四中升温速度为3℃/min~10℃/min。
6.根据权利要求1所述的利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法，其特征在于：步骤五中的升温速度为3℃/min~10℃/min。
7.根据权利要求1所述的利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法，其特征在于：步骤五中离心洗涤的工艺为：①、得到的产物先加入乙醇，依次进行洗涤、超声分散和离心，得到沉淀；所得沉淀再加入水中并依次进行洗涤、超声分散和离心；离心的速率为4000rpm~10000rpm；②、重复步骤①3次。
8.根据权利要求1所述的利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法，其特征在于：步骤五中干燥在真空环境和50℃~70℃下进行。
9.根据权利要求1所述的利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法，其特征在于：步骤五得到的二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物由二维长方形的magadiite纳米片和二维长方形的氧化石墨烯纳米片间隔堆叠构成。
CN202110638219.4A 2021-06-08 2021-06-08 利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法 Active CN113247915B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110638219.4A CN113247915B (zh) 2021-06-08 2021-06-08 利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110638219.4A CN113247915B (zh) 2021-06-08 2021-06-08 利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113247915A CN113247915A (zh) 2021-08-13
CN113247915B true CN113247915B (zh) 2022-07-29

Family

ID=77187114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110638219.4A Active CN113247915B (zh) 2021-06-08 2021-06-08 利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113247915B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007223917A (ja) * 2006-02-21 2007-09-06 Nippon Chem Ind Co Ltd 抗菌剤
CN103403931A (zh) * 2010-11-11 2013-11-20 科莱恩(加拿大)股份有限公司 碳沉积的碱金属磷硅酸盐阴极材料以及包括两步干燥高能研磨步骤的用于其制备的方法
JP2015214604A (ja) * 2014-05-07 2015-12-03 株式会社豊田中央研究所 透明蛍光材及び発光デバイス
CN105152181A (zh) * 2015-08-27 2015-12-16 华东师范大学 一种全硅型的mtn拓扑结构分子筛的制备方法
CN106750898A (zh) * 2016-11-28 2017-05-31 安徽瑞研新材料技术研究院有限公司 一种高抗击性纳米复合材料
WO2018148518A1 (en) * 2017-02-10 2018-08-16 University Of North Texas Passivation of lithium metal by two-dimensional materials for rechargeable batteries
CN109019621A (zh) * 2018-10-12 2018-12-18 许昌学院 一种低温下纳米方钠石的制备方法
CN112424120A (zh) * 2018-07-30 2021-02-26 株式会社艾迪科 复合材料

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10804530B2 (en) * 2017-08-03 2020-10-13 Nanograf Corporation Composite anode material including surface-stabilized active material particles and methods of making same
CN111514848A (zh) * 2020-04-29 2020-08-11 贵州大学 一种氨基修饰的铝麦羟硅钠石选择性吸附材料的制备与应用

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007223917A (ja) * 2006-02-21 2007-09-06 Nippon Chem Ind Co Ltd 抗菌剤
CN103403931A (zh) * 2010-11-11 2013-11-20 科莱恩(加拿大)股份有限公司 碳沉积的碱金属磷硅酸盐阴极材料以及包括两步干燥高能研磨步骤的用于其制备的方法
JP2015214604A (ja) * 2014-05-07 2015-12-03 株式会社豊田中央研究所 透明蛍光材及び発光デバイス
CN105152181A (zh) * 2015-08-27 2015-12-16 华东师范大学 一种全硅型的mtn拓扑结构分子筛的制备方法
CN106750898A (zh) * 2016-11-28 2017-05-31 安徽瑞研新材料技术研究院有限公司 一种高抗击性纳米复合材料
WO2018148518A1 (en) * 2017-02-10 2018-08-16 University Of North Texas Passivation of lithium metal by two-dimensional materials for rechargeable batteries
CN112424120A (zh) * 2018-07-30 2021-02-26 株式会社艾迪科 复合材料
CN109019621A (zh) * 2018-10-12 2018-12-18 许昌学院 一种低温下纳米方钠石的制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Nanosheet-based magadiite: a controllable two-dimensional trap for selective capture of heavy metals";He Ding等;《J. Mater. Chem. A》;20180628(第6期);13624-13632 *
"Synthesis of b-oriented MFI nanosheets with high-aspect ratio by suppressing intergrowth with 2D GO nanosheets";He Ding等;《CrystEng Comm》;20170630(第24期);3263-3270 *
"二维层状材料麦羟硅钠石的研究进展";戈明亮等;《材料导报》;20190331;第33卷(第03期);754-760 *
"几种低维无机功能材料的制备、表征及其应用";丁鹤;《万方学位论文》;20210129;45-97 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113247915A (zh) 2021-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106475131B (zh) 一种石墨烯/分子筛复合催化剂及其制备方法
Zhao et al. Ordered mesoporous materials
Zhang et al. The role of soft colloidal templates in the shape evolution of flower-like MgAl-LDH hierarchical microstructures
CN104030314B (zh) 一种zsm-5基多级孔分子筛材料及其制备方法
CN108485058B (zh) 一种尺寸可控的易剥离型层状纳米磷酸锆的制备方法
Zou et al. One-dimensional periodic mesoporous organosilica helical nanotubes with amphiphilic properties for the removal of contaminants from water
Lee et al. Grafting of dodecylsulfate groups on gadolinium hydroxocation nanosheets for self-construction of a lamellar structure
Liu et al. Fabrication of analcime zeolite fibers by hydrothermal synthesis
Ding et al. Nanosheet-based magadiite: a controllable two-dimensional trap for selective capture of heavy metals
CN113247915B (zh) 利用长碳链咪唑诱导制备二维magadiite/氧化石墨烯纳米片复合物的方法
CN103043681B (zh) 一种纳米层状zsm-5沸石分子筛的制备方法
Ji et al. Two-dimensional MWW-type zeolite membranes for efficient dye separation and water purification
CN112266485B (zh) 一种普适性的二维稀土MOFs材料及其无溶剂化学剥离方法和应用
Wang et al. Synthesis of ordered porous SiO 2 with pores on the border between the micropore and mesopore regions using rosin-based quaternary ammonium salt
Wang et al. Controllable fabrication of high purity Mg (OH) 2 nanoneedles via direct transformation of natural brucite
Chen et al. Steam-assisted crystallization of TPA+-exchanged MCM-41 type mesoporous materials with thick pore walls
CN114014335B (zh) 一种硅锗utl型大孔分子筛及其制备方法
CN107265479A (zh) 一种高分散含骨架Al的纳米MCM‑41分子筛的制备方法
Wang et al. MXene Membranes for Separations
Yu‐Xiang et al. Effect of counterions on synthesis of mesoporous silica by the route of template
Dilbraiz et al. Varied Morphological Study of Albite Nanomaterials at Low Temperature with Co-effect of Single Walled Nanotubes and Graphene Oxide for Kevlar Fabric Strength
Wu et al. Influence of citrate on phase transformation and photoluminescence properties in LaPO 4 and LaPO 4: Eu
Zhang et al. Efficient electrospinning fabrication and the underlying formation mechanism of one-dimensional monoclinic Li 2 FeSiO 4 nanofibers
KR20210009200A (ko) 다가 아민을 이용한 산화몰리브덴 나노판 제조방법
CN115231582B (zh) 一种二维蒙脱土大尺径纳米片剥离方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant