蒙脱石、蛭石层间域化学反应属性及产物组装机理

蒙脱石、蛭石的层间域是其层间物具有可交换性并带有负电场特性的二维"弹性限域空间"，可用作纳米反应器。通过改型和插层处理将层间域撑大后引入钛酸丁酯和正硅酸乙脂，经水解、脱羟和成核结晶作用形成新的层间产物。采用多种有效分析测试手段对样品的成分、结构和理化性能进行表征。研究层间域属性（如层电荷数及来源、负电场强度分布密度和梯度变化）对化学反应属性（如引入前驱体的量、反应过程、焓变）和反应产物属性（如颗粒大小、排布方式、分布均匀性、取向性和纳米效应）的影响及相互关系；研究带负电性结构层的结晶诱导作用和空间限域效应；研究反应产物成核、结晶作用及与结构层底面氧的化学连结方式和化学键类型及结晶取向性等；揭示在层间域内受控条件下前躯体的化学反应、产物自组装及与结构层的组装机理；建立层间产物自组装、层分布及与结构层之间的组装模型。对层状硅酸盐矿物晶体化学和新型纳米结构矿物材料的研究具有重要的理论和实际意义。

蒙脱石、蛭石的层间域是其层间物具有可交换性并带有负电场特性的二维"弹性限域空间"，可用作纳米反应器。通过改型和插层处理将层间域撑大后引入钛酸丁酯和正硅酸乙脂，经水解、脱羟和成核结晶作用形成新的层间产物。采用多种有效分析测试手段对样品的成分、结构和理化性能进行表征。研究了层间域属性对化学反应属性（如引入前驱体的量、反应过程）和反应产物属性（如颗粒大小、排布方式、分布均匀性、取向性和纳米效应）的影响及相互关系；带负电性结构层的结晶诱导作用和空间限域效应；反应产物成核、结晶作用及与结构层底面氧的化学连结方式和化学键类型及结晶属性等；层间域内受控条件下前躯体的化学反应、产物自组装及与结构层的组装机理；建立了层间产物自组装、层分布及与结构层之间的组装模型。.结果表明，蒙脱石样品的层电荷数分别由在四面体片和八面体片中的阳离子所贡献，八面体片的贡献为主。工业蛭石样品层电荷的来源主要以四面体片为主。季铵盐阳离子在蒙脱石层间域中的排布方式主要有：单层平卧、单层倾斜、单层直立、双层平卧和双层倾斜五种。当季铵盐阳离子在蒙脱石层间域中以平卧方式存在时形成“≡”型层柱状结构，以倾斜或直立方式存在时则形成 “工”型层柱状结构。.通过溶剂化作用向季铵盐阳离子/蒙脱石或蛭石插层复合物中引入钛酸丁酯，制备了季铵盐－钛酸丁酯/蒙脱石或蛭石纳米复合物。查明了钛酸丁酯在蒙脱石和蛭石层间域中的水解过程，以及水合氧化钛在蒙脱石和蛭石层间域中随温度的升高产生原位脱羟作用、形成结构有序的锐钛矿相晶核、结晶长大及转变为金红石相的过程。氧化钛/蒙脱石纳米复合材料中蒙脱石的结构层被分散，晶格的平行有序程度大大降低，层间域膨大并填充有TiO2纳米微粒。.建立了TiO2/蒙脱石纳米复合材料“5步原位反应法”制备模型。该模型原位化学反应过程包括阳离子交换插层作用、溶剂化作用、水解作用、脱羟作用及成核长大作用，相应的化学过程为季铵盐插层处理、前躯体溶剂化处理、原位水解处理、原位脱羟处理及原位结晶生长过程。.发现蒙脱石和蛭石结构层对TiO2相变的阻滞效应和结晶阻滞效应。TiO2/蒙脱石纳米复合物样品中所形成的锐钛矿或金红石纳米微粒与蒙脱石结构层中的硅氧骨架[Si4O10]n发生了键合作用及蒙脱石结构层的阻隔作用，是引起蒙脱石对TiO2相变和晶粒生长阻滞作用根本原因。.本项目对层状硅酸盐矿物晶体化学和新型纳米结构矿物材料