本發(fā)明涉及一種一步合成大層間距鈷錳層狀雙金屬氫氧化物的方法，屬于無機(jī)材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

層狀雙金屬氫氧化物(layered double hydroxides,LDH)是由帶正電荷的層板主體與層間陰離子客體有序組裝而成的層狀無機(jī)化合物。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和物化特性，在鋰離子電池、燃料電池、超級(jí)電容器和電解水等能源材料領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。其中，剝離LDH，使其暴露更多的活性位點(diǎn)，從而提升材料的電化學(xué)活性，具有誘人的前景。而剝離的前提是制備大層間距的LDH前驅(qū)體。一般的方法是先將層間陰離子為碳酸根的LDH置換為氯離子，再進(jìn)一步置換為硝酸根。這種方法制備的LDH層間距小于1nm，制備過程中溶液需要不斷通入氮?dú)庖匀コ趸迹⑶颐看侮庪x子置換過程至少12h，繁瑣、耗時(shí)。另一方面，鈷錳層狀雙金屬氫氧化物通常采用共沉淀的方法，在鹽溶液中不斷鼓入氧氣或者預(yù)先加入氧化劑將二價(jià)錳離子氧化為更高價(jià)態(tài)，再緩慢滴入堿液，直至pH為9-10。整個(gè)過程工藝復(fù)雜，能耗較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種一步合成大層間距鈷錳層狀雙金屬氫氧化物的方法。該方法一步合成大層間距鈷錳層狀雙金屬氫氧化物，無需經(jīng)過多步的層間陰離子置換過程，且制備過程中無需任何氧化劑或氧氣鼓入，能耗低，制備工藝簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，生產(chǎn)環(huán)境友好，具有廣闊的應(yīng)用前景。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：一種一步合成大層間距鈷錳層狀雙金屬氫氧化物的方法，包括以下步驟：

步驟1、將陰離子表面活性劑和去離子水置于燒杯中，在室溫下混合攪拌均勻，陰離子表面活性劑的濃度為0.01-0.3mol/L，所述的去離子水體積為50-200mL，所述的陰離子表面活性劑選自十二烷基苯磺酸鈉或十二烷基硫酸銨中的一種；

步驟2、將可溶性二價(jià)錳鹽、二價(jià)鈷鹽及堿性緩沖物質(zhì)按照1：1-5：5-18加入到步驟1的溶液中，混合攪拌，可溶性二價(jià)鈷鹽和二價(jià)錳鹽的總濃度為0.01-1mol/L，堿性緩沖物質(zhì)的濃度為0.1-1mol/L，所述可溶性二價(jià)鈷鹽選自硝酸鈷或氯化鈷中的一種，二價(jià)錳鹽選自硝酸錳或氯化錳中的一種，堿性緩沖物質(zhì)選自硝酸銨、硫酸銨或碳酸銨中的一種；

步驟3、將強(qiáng)堿性物質(zhì)加入到步驟2的溶液中，攪拌2-48h，所述強(qiáng)堿性物質(zhì)與堿性緩沖物質(zhì)的摩爾比為1：1-10，所述強(qiáng)堿性物質(zhì)選自氫氧化鉀或氫氧化鈉中的一種；

步驟4、將步驟3獲得的漿液經(jīng)離心機(jī)分離后，再用去離子水洗滌至中性，烘干，研磨，制得大層間距鈷錳層狀雙金屬氫氧化物目標(biāo)材料。

本發(fā)明有益效果是：一種一步合成大層間距鈷錳層狀雙金屬氫氧化物的方法，包括以下步驟：(1)將陰離子表面活性劑和去離子水置于燒杯中，在室溫下混合攪拌均勻，陰離子表面活性劑的濃度為0.01-0.3mol/L，所述的去離子水體積為50-200mL，(2)將可溶性二價(jià)錳鹽、二價(jià)鈷鹽及堿性緩沖物質(zhì)按照1：1-5：5-18加入到步驟1的溶液中，混合攪拌，可溶性二價(jià)鈷鹽和二價(jià)錳鹽的總濃度為0.01-1mol/L，堿性緩沖物質(zhì)的濃度為0.1-1mol/L，(3)將強(qiáng)堿性物質(zhì)加入到步驟2的溶液中，攪拌2-48h，所述強(qiáng)堿性物質(zhì)與堿性緩沖物質(zhì)的摩爾比為1：1-10，(4)將步驟3獲得的漿液經(jīng)離心機(jī)分離后，再用去離子水洗滌至中性，烘干，研磨，制得大層間距鈷錳層狀雙金屬氫氧化物目標(biāo)材料。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明無需經(jīng)過多步的層間陰離子置換過程，且制備過程中無需任何氧化劑或氧氣鼓入，能耗低，制備工藝簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，生產(chǎn)環(huán)境友好，具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的XRD譜圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的XRD譜圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例3的XRD譜圖。

圖4是本發(fā)明對(duì)比例1的XRD譜圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

(1)將十二烷基苯磺酸鈉(0.697g,2mmol)和200mL去離子水置于燒杯中，在室溫下混合攪拌均勻，(2)將CoCl₂·6H₂O(0.595g,2.5mmol)、MnCl₂·4H₂O(0.247g,1.25mmol)和NH₄NO₃(1.601g,20mmol)加入到步驟(1)的溶液中，攪拌混合，(3)再將NaOH(0.275g,6.875mmol)加入到步驟(2)的溶液中，攪拌2h，(4)將步驟(3)獲得的漿液經(jīng)離心機(jī)分離后，再用去離子水洗滌至中性，烘干，研磨，制得大層間距鈷錳層狀雙金屬氫氧化物目標(biāo)材料。采用X射線衍射(XRD)表征結(jié)果如圖1所示，測(cè)得的層間距為0.820nm和0.712nm。

實(shí)施例2

(1)將十二烷基苯磺酸鈉(0.697g,2mmol)和200mL去離子水置于燒杯中，在室溫下混合攪拌均勻，(2)將CoCl₂·6H₂O(0.595g,2.5mmol)、MnCl₂·4H₂O(0.247g,1.25mmol)和NH₄NO₃(1.601g,20mmol)加入到步驟(1)的溶液中，攪拌混合，(3)將NaOH(0.275g,6.875mmol)加入到步驟(2)的溶液中，攪拌48h，(4)將步驟(3)獲得的漿液經(jīng)離心機(jī)分離后，再用去離子水洗滌至中性，烘干，研磨，制得大層間距鈷錳層狀雙金屬氫氧化物目標(biāo)材料。采用X射線衍射(XRD)表征結(jié)果如圖2所示，測(cè)得的層間距為0.820nm。

實(shí)施例3

(1)將十二烷基硫酸銨(0.567g,2mmol)和200mL去離子水置于燒杯中，在室溫下混合攪拌均勻，(2)將CoCl₂·6H₂O(0.595g,2.5mmol)、MnCl₂·4H₂O(0.247g,1.25mmol)和NH₄NO₃(1.601g,20mmol)加入到步驟(1)的溶液中，攪拌混合；(3)將NaOH(0.275g,6.875mmol)加入到步驟(2)的溶液中，攪拌48h，(4)將步驟(3)獲得的漿液經(jīng)離心機(jī)分離后，再用去離子水洗滌至中性，烘干，研磨，制得大層間距鈷錳層狀雙金屬氫氧化物目標(biāo)材料。采用X射線衍射(XRD)表征結(jié)果如圖3所示，測(cè)得的層間距為1.52nm。

實(shí)施例4

(1)將十二烷基硫酸銨(0.567g,2mmol)和200mL去離子水置于燒杯中，在室溫下混合攪拌均勻，(2)將Co(NO₃)₂·6H₂O(0.73g,2mmol)、50wt％Mn(NO₃)₂溶液(0.445g,1.25mmol)和NH₄NO₃(1.601g,20mmol)加入到步驟(1)的溶液中，攪拌混合，(3)將NaOH(0.275g,6.875mmol)加入到步驟(2)的溶液中，攪拌48h，(4)將步驟(3)獲得的漿液經(jīng)離心機(jī)分離后，再用去離子水洗滌至中性，烘干，研磨，制得大層間距鈷錳層狀雙金屬氫氧化物目標(biāo)材料。

實(shí)施例5

(1)將十二烷基硫酸銨(0.567g,2mmol)和100mL去離子水置于燒杯中，在室溫下混合攪拌均勻，(2)將Co(NO₃)₂·6H₂O(0.73g,2mmol)、50wt％Mn(NO₃)₂溶液(0.445g,1.25mmol)和(NH₄)₂CO₃(0.96g,10mmol)加入到步驟(1)的溶液中，攪拌混合，(3)將KOH(0.386g,6.875mmol)加入到步驟(2)的溶液中，攪拌24h，(4)將步驟(3)獲得的漿液經(jīng)離心機(jī)分離后，再用去離子水洗滌至中性，烘干，研磨，制得大層間距鈷錳層狀雙金屬氫氧化物目標(biāo)材料。

實(shí)施例6

(1)將十二烷基硫酸銨(2.835g,10mmol)和50mL去離子水置于燒杯中，在室溫下混合攪拌均勻，(2)將CoCl₂·6H₂O(0.446g,1.875mmol)、MnCl₂·4H₂O(0.371g,1.875mmol)和(NH₄)₂SO₄(1.321g,10mmol)加入到步驟(1)的溶液中，攪拌混合，(3)將KOH(0.386g,6.875mmol)加入到步驟(2)的溶液中，攪拌24h，(4)將步驟(3)獲得的漿液經(jīng)離心機(jī)分離后，再用去離子水洗滌至中性，烘干，研磨，制得大層間距鈷錳層狀雙金屬氫氧化物目標(biāo)材料。

對(duì)比例1

(1)將CoCl₂·6H₂O(0.595g,2.5mmol)、MnCl₂·4H₂O(0.247g,1.25mmol)和NH₄NO₃(1.601g,20mmol)加入到200mL去離子水中，攪拌混合，(2)將NaOH(0.275g,6.875mmol)加入到步驟(1)的溶液中，攪拌48h，(3)將步驟(2)獲得的漿液經(jīng)離心機(jī)分離后，再用去離子水洗滌至中性，烘干，研磨，制得大層間距鈷錳層狀雙金屬氫氧化物目標(biāo)材料。采用X射線衍射(XRD)表征結(jié)果如圖4所示，測(cè)得的層間距為0.712nm。很顯然，由于沒有陰離子表面活性劑的加入，層間距變小了。