题目：高结晶性Co2+-Ni2+-Fe3+ LDHs的制备、表征及其机理研究

           摘  要
过渡金属元素尤其是含铁元素组成的LDHs层状双水合氢氧化物材料由于在光、电、磁及催化等诸多领域具有潜在的应用价值，近年来得到了研究者的广泛关注。借助于多组分金属之间的协同效应，人们期待由三种或三种以上过渡金属元素组成的多组分LDHs层状材料显示更加广阔的应用前景。因此，研究过渡金属Fe，Co，Ni组成Co2+-Ni2+-Fe3+ LDHs层状材料的制备、表征和性质具有重要的意义。本文应用络合剂协助均相沉淀技术，成功制备了Co2+/Ni2+/Fe3+摩尔比为0.5/3/1高结晶性规则六边形貌Co2+-Ni2+-Fe3+ LDHs层状新材料，提出了络合剂协助均相沉淀法制备三元组分Co2+-Ni2+-Fe3+ LDHs层状材料的形成机理。三元组分Co2+-Ni2+-Fe3+ LDHs层状材料的成功制备为其他高结晶性规则形貌含过渡金属LDHs材料的合成提供了理论依据，也为通过剥离技术获得具有独特性质钴镍铁氧化物纳米层的制备和应用奠定了基础。本论文研究的主要内容如下：
（1）采用络合剂协助均相沉淀技术，制备了不同Co2+/Ni2+/Fe3+摩尔比（1.5/2/1、0.5/3/1、0.5/3.5/1）Co2+-Ni2+-Fe3+ LDHs层状材料，研究了不同摩尔比对于Co2+-Ni2+-Fe3+ LDHs层状材料结晶性和形貌的影响。实验结果表明，当Co2+/Ni2+/Fe3+摩尔比为0.5/3/1，150 ºC水热处理Fe，Co，Ni溶液两天，可以制备出高结晶性规则六边形貌Co2+-Ni2+-Fe3+ LDHs；当混合溶液中镍离子过量或钴离子过量时不能得到纯净Co2+-Ni2+-Fe3+ LDHs。
（2）研究了络合剂柠檬酸三钠用量和反应温度对Co2+-Ni2+-Fe3+ LDHs结晶性及形貌的影响。实验结果发现，当柠檬酸三钠用量在0.6 ~ 1.4 mmol/L之间时可得到高结晶性规则六边形貌Co2+-Ni2+-Fe3+-CO32- LDHs材料；当柠檬酸三钠浓度大于1.4 mmol/L时，（Co2++Ni2+）/ Fe3+ 比值减少，层间电荷密度增强，生成材料的层间距变小，层间存在的CO32- 对称性由D3h转变为C2v，且产物的结晶度降低；在络合剂柠檬酸三钠用量和Co2+/Ni2+/Fe3+摩尔比一定时，水热反应温度低于150 ºC，所得产物的结晶性降低，水热反应温度高于150 ºC，产物中有β-Ni(OH)2杂相生成。在成功制备了Co2+-Ni2+-Fe3+ LDHs层状材料基础上，提出了Co2+-Ni2+-Fe3+ LDHs层状材料的形成过程，发现络合剂的选择不但要考虑络合剂与Fe3+的络合能力, 而且要根据M2+沉淀pH值范围选择合适的络合剂种类和用量。
    （3）研究了高结晶性规则六边形貌Co2+-Ni2+-Fe3+-CO32- LDHs层状材料的阴离子交换性。实验结果发现，高结晶性规则六边形貌Co2+-Ni2+-Fe3+-CO32- LDHs层状材料在NaCl-HCl的盐-酸离子交换体系中可以发生阴离子交换反应，生成Co2+-Ni2+-Fe3+-Cl- LDHs层状材料；在ClO4-，NO3- 和dodecylsulfate酸根溶液中，Co2+-Ni2+-Fe3+-Cl- LDHs层状材料转化为Co2+-Ni2+-Fe3+-ClO4- LDHs、Co2+-Ni2+-Fe3+-NO3-  LDHs及dodecylsulfate-LDHs层状材料。
（4）研究了Co0.110Ni0.663Fe0.225 (OH)2][(CO32-)0.113·0.85H2O层状材料在100 ~ 500 °C的热分解过程。实验结果发现，在200 °C以前试样仍保持了层状结构特征，层状材料结构在300 ~ 400 °C之间开始坍塌，生成了镍铁复合金属氧化物，当煅烧温度达到500 °C时，镍钴铁尖晶石杂相出现；研究了Co2+/Ni2+/Fe3+ 摩尔比（0.5/3/1）高结晶性规则六边形貌Ni2+-Fe3+-CO32- LDHs分别在300 °C、400 °C和500 °C下煅烧产物的微介孔性，200 °C下煅烧所得产物具有较大比表面积，随着煅烧温度的升高，煅烧产物的比表面积减小，平均孔径增大。