题目：高结晶性大尺寸 Ni2+-Fe3+ LDHs的制备及其表征

近些年来，高结晶性大尺寸含过渡金属元素规则形貌的 LDHs 的研究成为人们关注的热点之一。此类 LDHs 层状材料不仅具有独特的物理和化学性质，而在光、电、磁及催化等诸多领域显示了广阔的应用前景，而且这些大尺寸高结晶性过渡金属元素 LDHs 在一定条件下可以被剥离，剥离得到的纳米层可以作为构筑新型功能性纳米材料的基本单元。由于大尺寸高结晶性规则形貌 Fe 系 LDHs 期待在光、电和磁等领域得到应用，因而开发制备大尺寸高结晶性规则形貌 Fe3+-LDHs 系新材料具有重要的学术意义和应用前景。
本论文采用 Topochemical 技术，以尿素做沉淀剂首先制备了a-型镍铁氢氧化物，随后a-型镍铁氢氧化物在溶有碘的三氯甲烷溶液中进行氧化反应，实现了由a-型金属氢氧化物通过 topochemical 反应向 LDHs 相的转化，成功制备了高结晶性尺寸约为 4 mm 规则六边形貌 Ni2+-Fe3+ LDHs 层状材料。研究了反应时间、总金属离子浓度、尿素量和反应温度等因素对前躯体a-型镍铁氢氧化物结晶性及形貌的影响。
研究工作的主要内容如下：
(1) Topochemical 技术制备高结晶性大尺寸六边形貌 Ni2+-Fe3+ LDHs 层状材料研究
以氯化镍和氯化亚铁为原料，尿素作为沉淀剂，甘露醇作为稳定剂，采用 Topochemical 技术，在氮气保护下首先合成了a-型镍铁氢氧化物，然后用碘的三氯甲烷溶液将其氧化，成功制备了高结晶性尺寸约为 4 mm 的大尺寸 Ni2+-Fe3+ LDHs 层状材料。研究了反应时间、总金属离子浓度、尿素量和反应温度等因素对前躯体a-型镍铁氢氧化物结晶性及形貌的影响。实验结果表明，当 Ni2+/Fe3+ 摩尔比为 3/1，反应时间为 10 h、总金属离子浓度为 10 mM、尿素与总金属离子浓度的比值为 50 和反应温度为 90 °C 时，能够得到高结晶性大尺寸规则六边形形貌前驱体α-型镍铁氢氧化物。前驱体α-型镍铁氢氧化物用碘的三氯甲烷溶液氧化，制备得到了高结晶性尺寸约为 4 mm 二元组分 Ni2+-Fe3+ LDHs，氧化后所得二元组分 Ni2+-Fe3+ LDHs 的结晶性、形貌及片层尺寸大小均无明显变化。
(2) 水热法制备高结晶性大尺寸六边形貌 Ni2+-Fe3+ LDHs 层状材料研究
以氯化镍和氯化亚铁为原料，尿素作为沉淀剂，利用水热法制备了均一性较好的α-型镍铁氢氧化物前驱体，考察了尿素含量、总金属离子浓度及反应时间对a-型镍铁氢氧化物前驱体结晶性及形貌的影响。实验结果发现，当总金属离子浓度为 10 mM、尿素与总金属离子浓度的比值为 5 和反应时间为 24 h 时，所制备的α-型镍铁氢氧化物结晶性较好，尺寸约为 2-3 mm 的规则六边形片层粒子，氧化后所得产物 Ni2+-Fe3+ LDHs 的侧面尺寸为 1-2 mm。同时，实验结果表明，制备α-型镍铁氢氧化物前驱体需要在惰性气氛中进行，使得实验过程控制困难，导致此方法制备α-型镍铁氢氧化物前躯体困难。
(3) 高结晶性大尺寸六边形貌 Ni2+-Fe3+ LDHs 的热稳定性及电容性能研究
在制备了高结晶性大尺寸规则六边形貌 Ni2+-Fe3+ LDHs层状材料的基础上，研究了该材料 的热稳定性以及微介孔特性，考察了制备材料的电容性质。实验结果表明，高结晶性大尺寸规则六边形貌 Ni2+-Fe3+ LDHs 在低于 200 °C 煅烧时，LDHs 的层状结构依然保持；当在 200 °C-300 °C 之间煅烧时，LDHs 层状结构开始坍塌分解生成复合金属氧化物；当煅烧温度达到 500 °C 以上时，产物中有镍铁尖晶石晶相生成；300 °C 煅烧所得复合金属氧化物具有较高的 BET 比表面积。Ni2+-Fe3+ LDHs 在碱性电解液中基本没有电容性能，在醋酸锂溶液中随着扫描速度的增大，比电容量呈现出减小趋势。