基于阳极氧化原位制备LDHs功能薄膜的工艺及性能研究

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水滑石(LDHs)是一种由带正电荷的层板及带负电荷的层间阴离子层层堆积而成的阴离子型层状化合物,主体层板与客体阴离子的结合力主要包括静电作用力、与吸附水间氢键作用力及范德华力等。LDHs具有层板金属元素多样性及层间距的可调性,层间阴离子具有种类的多样性及可交换性,这些特点赋予了其作为多种功能材料的特性。因此,LDHs在催化、吸附、电化学、医药、农药、磁性和军工材料等诸多领域获得了广泛应用。  目前,LDHs作为粉体功能材料的研究较为成熟,而对LDHs薄膜功能材料的研究较少,因此,将LDHs薄膜化,并进一步开发其作为超疏水耐腐蚀材料、膜催化材料、电极材料、光学磁学材料具有广阔的前景。近年来,国内外研究LDHs薄膜的制备主要集中于胶体沉积法、旋转涂膜法等物理成膜技术,且对于原位制备LDHs薄膜的研究主要基于金属铝模板。本文采用原位合成法分别在Fe、Al、Zn模板上制备了LDHs薄膜材料,具有成膜工艺简单、产物颗粒细小且分布均匀、与基体结合牢固、不易脱落等优点。且金属模板可为反应提供M2+/M3+,节省原料。  基于FexOy/Fe模板原位合成Ni/Fe-LDHs/Fe薄膜。FexOy/Fe模板的制备工艺为:钛板为阴极,10V电压抛光3min,然后以钛板为双阴极,在0.3% NH4F的乙二醇水溶液100mL+3mL去离子水中,30V电压氧化1h。原位合成LDHs/Fe薄膜的最佳工艺条件为:c(Ni2+)=0.1mol/L,初始反应液pH6.0±0.2,反应温度30℃,反应时间3d。表征结果显示,样品结晶度较高,晶型单一,呈层状结构,且垂直于基板生长。  采用原位合成法制备磺基水杨酸插层 LDHs功能薄膜,XRD分析显示,(003)晶面衍射角2θ由9.76°偏移至7.46°,对应层间距d003由0.905nm扩至1.184nm,表明磺基水杨酸根已成功引入主体层板间。UV分析表明,插层量为14.71%,较磺基水杨酸具有更宽的吸收范围。  基于 Al模板采用“双金属基底同时浸泡法”原位合成 Cu/Al-NO3--LDHs薄膜,其最佳工艺条件为:初始反应液pH6.5-7.0,反应温度70℃,初始c(NH4+)=1.0mol/L,反应时间3d(搅拌)。薄膜晶型单一,结晶度较高,呈层状结构,且垂直于基板生长。  采用原位合成法制备了苯甲酸插层LDHs/Al薄膜。通过XRD表征,(003)晶面衍射角2θ由9.92°偏移至6.88°,对应层间距d003由0.898nm扩至1.283nm。UV分析表明,插层量为9.64%,较苯甲酸具有更宽的吸收范围。  基于ZnO/Zn模板采用“双金属基底同时浸泡法”原位合成Zn/Al-CO32--LDHs薄膜。ZnO/Zn模板的制备工艺为:钛板为阴极,5V电压抛光5min,然后以钛板作双阴极,1mol/L H2SO4为电解质溶液,1V电压氧化3min。原位合成LDHs/Zn薄膜的最佳工艺条件为:初始反应氨浓度0.16mol/L,反应温度70℃,反应时间3d(搅拌)。表征结果显示,所得样品晶型单一,结晶度较高,且呈六边形层状结构。  电化学腐蚀测试表明,LDHs薄膜具有优异的耐腐蚀性能,可为金属Fe、Al、Zn表面防腐蚀提供一种新的、有效的方法。
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