水滑石之所以能够被广泛地应用于催化领域,是因为水滑石有特殊的结构赋予其许多特性:
1.特殊的层状结构。严重不对称的晶体场,阳离子在层板上的晶格中,阴离子不在晶格中,而在晶格外的层间。
2.酸性。HTLcs的酸性不仅与层板上金属离子的酸性有关,而且还与层间阴离子有关。
3.碱性。LDHs的层板由镁八面体和铝氧八面体组成。所以,水滑石具有较强的碱性。不同的LDHs的碱性强弱与组成中二价金属氢氧化物的碱性强弱基本一致,但由于它一般具有很小的比表面积(约5—20m2/g),表观碱性较小,其较强的碱性往往在其煅烧产物LDO中表现出来。LDO一般具有较高的比表面积(约200—300m2/g)、三种强度不同的碱中心和不同的酸中心,其结构中间中心充分暴露,使其具有比LDH更强的碱性。
4.热稳定性。HTLcs经焙烧所得的复合金属氧化物仍是一类重要的催化剂和载体。以水滑石为例,其热分解过程包括脱结晶水、层板羟基缩水并脱除CO2和新相生成等步骤。在低于220℃时,仅失去结晶水,而其层状结构没有被破坏;当加热到250~450℃时,层板羟基缩水并脱除CO2;在450—550℃区间,可形成比较稳定的双金属氧化物,组成是Mg3A1O4(OH),简写为LDO。LDO在一定的湿度(或水)和CO2 (或碳酸盐)条件下,可以,恢复形成LDH,即所谓的“记忆功能”。LDO一般具有较高的比表面积(约200~300m2/g)、三种强度不同的碱性中心和不同的酸性中心,其结构中碱中心充分暴露,使其具有比LDH更强的碱性。当加热温度超过600℃时,尖晶石MgAl2O4和MgO形成,金属氧化物的混合物开始烧结,从而使表面积大大降低,孔体积减小,碱性减弱。
6、焙烧复原法
该方法是建立在HTLcs的结构记忆效应基础上的一种制备方法。即指在一定条件下热处理HTLcs后,其焙烧产物即层状双金属氧化物(LDO)加入到含有某种阴离子的溶液中,重新吸收各种阴离子或简单置于空气中,使其能恢复原来的层状结构,得到新的HTLcs。柱撑过程的选择性与层板组成元素、反应介质、柱撑有机阴离子的空间结构和电子结构相关,这种方式多用于插入较大体积的客体分子。该法突出的优点是消除了与有机阴离子竞争柱撑的金属盐无机阴离子,但缺点是容易生成非晶相物质,且制备过程较为繁琐。利用该法制备的HTLcs易受干燥条件、焙烧温度、焙烧时间、pH值等因素影响,尤其焙烧温度对催化剂碱性和比表面积有较大影响。
{精}层间阴离子的可交换性
水滑石层与层之间的阴离子具有可交换性,层间的阴离子CO32-可与无机阴离子(F-、Cl-、PO43-、Fe(CN)3-6等)、有机阴离子(对苯二甲酸根等)、配合物阴离子(如Zn(BPS)4-3)、同多或杂多阴离子(如Mo7O6-24、V10O6-28等)以及层状化合物相交换或插层,从而得到一系列新的功能不同的材料。层间阴离子的可交换性取决于它们所带的电荷数及自身的性质。