8
6
557
1140 858
Transmittance /% 3570 3480
3.分析不同溶剂中制备的水滑石红外分析图谱
(a) (b) (c) (d) (e)
Hale Waihona Puke 1640415677
1390
4000
3600
3200
2800 2400 2000 1600
Wavenumbers /cm-1
1200
800
400
答：
1） 上面为五种不同溶剂制备的水滑石样品的 SEM 图像，可以 看到以水、水/乙醇、以及水/乙二醇等为溶剂得到的水滑石 粉体具有良好的分散性，晶粒呈现为规则的六边形片状， 粒径均匀。而用水/丙三醇、水/季戊四醇溶剂制备的水滑石， 晶粒很小，晶形发育不好，看不到规整的六边形形状，且 晶粒团聚严重。造成这种现象的原因可归结为：丙三醇和 季戊四醇分子结构中羟基数量较多，共溶剂分子与水滑石 之间的氢键相互作用过强，影响到水滑石的晶核形成及后 续的晶体生长。
（a）水（b）水/乙醇（c）水/乙二醇（d）水/丙三醇（e）水/季戊四醇 要求： 1）每个吸收峰对应的结构信息； 2） 随 着 共 溶 剂 中 羟基 含 量的 增 加 ， 每 个 吸收 峰 的变 化 趋 势 反应
的不同共溶剂对水滑石制备效果的影响。
答:
1) 该图为五个水滑石样品的红外光谱。图中 3400～3600 cm-1 是羟基的伸缩振动吸收峰，1640cm-1 为 H2O 中羟基的弯 曲振动峰。1390 cm-1 处是 CO32-的非对称振动吸收峰， 858 cm-1 为面外变形 C-O 伸缩振动峰，677 cm-1 是 CO32面内弯曲振动峰，并且此峰与 M-O（M=Mg/Al）晶格伸缩 振动吸收峰重叠，557 cm-1 和 415 cm-1 的振动吸收峰则分 别反映的是 Al-O 和 Mg-O 的特征结构。
1) 实验步骤：
1. 称取 0.03 mol （7.68g）Mg(NO3)2·6H2O 和 0.01 mo（l 3.75g） Al(NO3)3·9H2O，溶于 30 mL 去离子水中得到镁盐和铝盐的 混合溶液；另取 0.08mo（l 3.20g）NaOH 和 0.01 mol（0.53g） 无水 Na2CO3，同样溶于 30 mL 去离子水中得到碱液；
三、 焙烧还原法
这一方法是建立在水滑石“记忆效应”(memoryeffect)特性 基础上的制备方法。所谓水滑石的记忆效应是指把一定温度 下焙烧的水滑石样品(此时的状态通常是组分金属的混合氧 化物) 加入到含某种阴离子的水溶液或置于水蒸气氛围中, 则将发生水滑石层柱结构的重建,阴离子进入层间,形成新的 柱状水滑石。在采用焙烧还原法制备水滑石时应该特别注意 母体水滑石的焙烧温度，按母体水滑石的组成不同选择合适 的焙烧温度。
由于水滑石独特的层状结构和功能性，很多研究者致力于 应用水滑石插层改性聚合物，以期将水滑石的功能性与聚合物 的特性达到最优组合。在做实验的过程之中，也体会了实验的 趣味性以及实验对于我们理解理论知识的重要性。作为当代大 学生，我们更应该保有严谨的探索精神、不怕苦不怕累的精神， 将理论与实践相结合，为科研事业做出自己的一份贡献。同时， 做实验时候是分组进行，更让我们体会到团队合作的重要性和 必要性，我们要发挥自己在团队之中的角色，高效地完成实验， 并在整个过程之中学到对于自身有用的东西。
2. 将碱溶液和盐溶液迅速混合并搅拌 5min，再利用 NaOH 溶 液调节至 pH≥12，溶液总体积控制在 80ml。将所得浆液转 移到 100ml 水热反应釜中，并在 120°下水热反应 16h。反 应结束后将产物进行抽滤，并将所得水滑石滤饼洗涤至中 性。然后将滤饼在 70°C 下干燥至恒重。研磨，过 200 目筛， 备用。
3. 通过扫描电镜、透射电镜、XRD 等测试方法观察制备出的 水滑石形貌和组织结构等。通过红外光谱分析结构得到水 滑石层间阴离子、结晶水及层中晶格氧振动的有关信息。 最后测试水滑石的比表面积。
2
2） 实验内容 1. 根据实验步骤成功制备水滑石。 2. 根据各种结构特征和红外光谱分析结果分析水滑石的制备
效果。 3. 探索溶剂的不同对镁铝水滑石晶型结构的影响。
3
1.分析不同共溶剂对制备效果的影响 扫描电镜图片
实验结果及数据 处理
4
不同溶剂中制备的水滑石的 SEM 图 （a）水（b）水/乙醇（c）水/乙二醇（d）水/丙三醇（e）水/季戊四醇 要求： 1）描述四张图片中形核、尺寸分布、晶体生长、结构调整的状态； 2）总结随着水热条件的改变，水滑石的形态的变化趋势。
学号：12012328
水热法制备水滑石实验报告
姓名：刘粒祥
小组成员
保国强 12012324 孙玉鑫 12012325
实验目的及意义
1. 通过对水滑石的水热法合成，扫描电镜、透射电镜、热分析 和比表面积测试等全过程的实验分析，了解水热制备无机纳 米晶体的合成方法及原理，探索不同实验参数对水滑石制备 效果的影响规律。
2) 图中显示，随着共溶剂中羟基数量的增多，3400～3600cm-1 的羟基振动峰发生红移，且谱峰逐渐宽化。这种现象可归 结为水滑石中结晶水的水合程度逐渐增大。随着共溶剂中 羟基数目的增多，将引起合成体系中羟基和水分子的富集， 促进水滑石的形成，并导致原位形成的结晶水比重升高。 因此，羟基峰随着共溶剂中羟基数量的增多而出现红移和 宽化现象。借助于红外光谱的分析可知，随着共溶剂中羟 基含量增多，所得水滑石的结晶水水合程度逐渐增强，同 时影响了水滑石有序结构的堆积与调整，将不利于水滑石 结晶性的提高。
2. 水热法在合成无机纳米晶体方面的优势：a.降低反应温度 （100~240°C）；b.同时完成产物的合成和晶化，步骤简单； c.能够控制产物配比；d.制备相均一材料；e.成本低；f.容易 得到取向好、结晶度高的晶体；g.在生长的晶体中，能够均 匀地进行掺杂；h.可调节晶体生长的环境气氛，进而调节晶 体的晶型结构。而且水热合成法环境污染少、工艺简单、 成本较低，是一种具有较强竞争力的合成方法。
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实验心得
本实验研究了不同水热条件（如多羟基醇类共溶剂等）对 水滑石晶体结构和性能的影响。从该试验得出结论为：利用水 热法制备得到水滑石时，以多羟基醇作共溶剂，可对合成的晶 粒形貌的规整性、热稳定性等方面产生重要的影响。以乙醇、 乙二醇为共溶剂得到的水滑石，结晶度高，呈现为规则的六角 层板状晶形。而以甘油和季戊四醇为共溶剂得到的水滑石，结 晶度下降，形貌趋于不规则，且出现团聚和粘结现象。
个尖峰对应的晶面间距（2θ=11.4°）； 2）仔细观察 XRD 尖峰的峰形（峰高、峰宽等）的变化趋势。分析峰形 变化的原因，根据文献报道和自己的猜想得出合理的结论。
答: 1) 四条曲线显示的尖峰对应的晶面参数（xyz）从左到右依次
是：（003）、（006）、（009）.由 出第一个尖峰对应的晶面间距 d=1/3.
，可计算
2) 五条谱线在 11.3°、22.8° 和 34.5°等处都有三个较强的衍 射峰，衍射峰基线平稳，并且无其他杂峰，表明晶相单一， 生成物均为纯净的水滑石。此外，五种样品的 d003 均为 d006 的两倍，为 d009 的三倍，说明在五种溶剂中制备出 的水滑石，都具有非常规整的层状结构。但图中也可发现， 随着共溶剂中羟基数目的增加，衍射峰强度却逐渐降低， 并伴随着谱峰的宽化，这说明所得水滑石的结晶度依次下 降，粒径越来越小。该结果与 SEM 照片中所显示出的形貌 特征符合较好。
2. 通过对水热法制备水滑石的工艺探索，获得水滑石的最佳制 备方案，并且掌握结构表征分析方法。
实验原理
一 、水热法实验原理
1. 水热合成法是以镁盐和铝盐以及沉淀剂为原料，不同的是 采用水溶液或蒸汽等流体为介质，在热压条件下合成水滑 石。所谓水热，是将自然界的热水矿床原理以人工的方式 重新展现的一种方法，即在特制的密闭反应容器（高压反 应釜）中，采用水溶液作为反应介质，通过对反应液加热 加压，创造一个高温高压的反应环境进行材料制备。通过 控制水热反应的条件和过程，能够控制产物的结晶度、晶 粒结构、粒径和形貌等。因此水热法在制备人工晶体、先 进陶瓷和金属氧化物等方面得到广泛应用。由于水热反应 是在相对较高的温度和压力下进行，所以镁盐和铝盐也可 以采用难溶或不溶的一元金属氧化物或盐。
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2.分析不同溶剂中制备的水滑石 XRD 谱图
Intensity /cps
(a) (b) (c) (d) (e)
10
20
30
40
50
60
70
2θ /(°)
（a）水（b）水/乙醇（c）水/乙二醇（d）水/丙三醇（e）水/季戊四醇
要求： 1） 标明四条曲线中都显示的尖峰对应的晶面参数（xyz），并计算第一
2） 随共溶剂种类的变化，水滑石的热稳定性也发生相应的变 化。随着醇类共溶剂中羟基含量的增加，水滑石中结晶水 的释放温度有所提高，而基本层上的羟基脱水、以及层间 碳酸根平衡离子(CO32-)释放 CO2 的温度则相应降低。多羟 基醇共溶剂对所得水滑石的影响，主要是通过其对合成体 系中的氢键体系调整所致。随着共溶剂中羟基数目的增加， 将容易形成水合程度高的结晶水，并影响到水滑石有序结 构的堆积与晶粒长大，水滑石的晶体形态也会渐渐变得不 均匀，并且晶粒细小，团聚严重。
二、离子交换法实验原理
离子交换法是制备具有较大阴离子基团柱撑水滑石的重要 方法，依据交换过程所采用的方法不同，又可分为加热交
1
实验过程
换法和微波交换法。通过控制离子交换的反应条件，不仅 可以保持水滑石原有的层状结构，还可以对层间阴离子的 种类和数量进行设计和组装，从而得到具有不同结构和功 能的阴离子插层结构材料。当金属离子在碱性介质中不稳 定，或当阴离子 An-没有可溶性的 M(II)、M(III)盐类，共沉 淀法无法进行时，可采用离子交换法。该法是从给定的水 滑石出发，通过溶液中某种阴离子对原有柱阴离子的交换 作用，形成新的柱。