Page 19 - 《精细化工》2022年第1期
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第 1 期 段正康，等: 水滑石材料用于催化脱氢的研究进展 ·9·
来制备具有理想的物理和化学性质的主客体超分子
插层材料，这极大地扩展了现有 LDHs 的种类和应用。
2 LDHs 的制备方法
2.1 水溶液法
图 2 经典的 POMs 结构类型 [23] 水溶液法即在水溶液操作条件下合成的 LDHs。
Fig. 2 Polyoxometalates (POMs) structures in polyhedral 主要包括：化学共沉淀法、水热法、离子交换法、
representations [23] 水化重建法等 [32] 。
第二，利用带相反电荷的 LDHs 与生物分子（如 化学共沉淀法：通常是指在 N 2 气氛和剧烈搅拌
下，将包含不同金属盐的混合溶液添加到包含客体
蛋白质、酶和氨基酸）自组装可以制备具有生物相
容性的催化剂 [25-26] 。其中，LDHs 作为层间载体， 物质的水溶液中，该方法在 LDHs 制备过程中最常
用。尿素水解-均相沉淀是在常规共沉淀法基础上进
因其易剥离的特性为生物分子的吸附提供了二维表
行改进，通常使用尿素或者六亚甲基四胺等作为沉
面，生物分子的嵌入为其催化利用效率提供了更多
的机会 [27-28] 。此外，生物分子可进行自然降解而不 淀剂，该法操作简便、层间阴离子和层板阳离子比
损害自然环境。 例可调是该类方法的显著优势。
水热法：通常是指在特定温度下，将难溶性金
第三，LDHs 作为层间载体固定催化型金属络
合物可以使其在层间高度分散，并且通过有机溶剂 属氧化物或金属氢氧化物置于水热反应釜内，自加
原位溶胀可以有效增加层间距 [29] 。然而，层和层间 压以产生 LDHs 的过程。该方法可获取可控的晶体
阴离子之间的强相互作用通常会阻碍大体积金属络 结构和形态，但也易因不同金属离子不同的沉淀速
合物进入层间空间，于是 LDHs 被剥离成完全开放 率而形成杂质。此外，操作通常需要加热，所产生的
的纳米片。在剥离的 LDHs 中嵌入金属络合物时， 大量废水污染物需进行处理，增加了工业生产成本。
LDHs 可能重构为其原始的层状结构，导致低比表 溶胶-凝胶法：通常是以无机盐或金属有机配合
面积、低孔体积和活性物质的低可及性等问题。 物为反应前驱体获取分散性好、结晶度高的 LDHs
1.4 作负载型催化剂前驱体 的过程。具备不同结构和性质的 LDHs 可以简单地
在多相催化中，如何设计和合成具有高分散性 通过改变物质组成、反应温度和时间等进行调控，
和稳定性的多相金属催化剂是一大挑战。一方面， 而原料昂贵和操作时间长是此方法的两大缺陷。
由于活性前驱体在载体上分布不均匀及其弱相互作 离子交换法：通过调整交换介质、pH、主客体
用；另一方面，金属纳米粒子在催化反应过程中易 阴离子种类等参数实现不同阴离子交换过程 [33] 。
团聚，从而降低活性金属物种的分散性。 该方法的显著优势在于维持 LDHs 固有的二维层状
通过调整金属阳离子种类和数量、活性阴离子 结构的同时，通过调整插层阴离子的种类与数目，
可以设计 LDHs 的层间组成，并且经热处理后的 满足结构与性能的双重要求，但这种方法在操作过
LDHs 通常会生成金属纳米粒子高度分散的混合氧 程中容易引入杂质离子而产生负面作用。
化物 [30-31] 。这些特征赋予了 LDHs 用作金属催化剂 水化重建法：也称重构法，即 LDHs 加热脱除
前驱体在各种反应中的优异性能。LDHs 作前驱体 结构水生成水滑石焙烧产物（LDO），当 LDO 重新
制备的催化剂具有 4 个优点： 吸收溶液中的阴离子和 H 2 O 分子时，呈现恢复层状
（1）活性金属阳离子分布均匀，有助于热处理 结构的趋势 [34] 。该方法同样适用于大分子材料插层
后形成高度分散和稳定的金属物种； 的 LDHs 的制备，并且能够消除与金属盐无机阴离
（2）容易可控制备单一金属、多金属型催化剂； 子的竞争影响；但重建过程无法完全消除加热操作带
（3）LDHs 前驱体煅烧过程存在强金属-载体相 来的材料比表面积减小、晶相不一或不佳等问题。
互作用，可有效提高催化剂的抗烧结能力； 电化学合成法：是一种简单快速，经济低耗的
（4）拓扑转变设计金属纳米离子的粒径和形态。 方法。其本质是传统的电化学氧化还原过程。选用
综上所述，由于 LDHs 独特的层状结构特征， 金属硝酸盐、硫酸盐、卤盐等不同溶液，在电极上
–
以及层内阳离子和层间客体阴离子的可调性、可剥 施加一定的电压，使 H 2 O 分解产生 OH 与溶液中的
落性、结构拓扑变换、限域效应等特征，可用作固 金属离子结合，然后在导电基底上形成 LDHs 纳米
体碱催化剂、催化剂前驱体或载体。此外，LDHs 阵列或薄膜。
具有相对较弱的层间相互作用，通过离子交换途径 微波处理法：基本的初始步骤与共沉淀法中讨
