1、什么是水滑石
?。?）水滑石
水滑石是一種陰離子型層狀材料，與其衍生物類水滑石、柱撐水滑石統(tǒng)稱為層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物（Layered Double Hydroxides,LDHs）。水滑石是一種天然的礦物，其組成通式為[Mg2+1-xAl3+x(OH-)2An-x/n·mH2O]，其中An-代表層間可交換的陰離子，典型的化學(xué)組成是Mg6Al2(OH)16C03·4H2O。水滑石是一種天然的礦物，其組成通式為[Mg2+1-xAl3+x(OH-)2An-x/n·mH2O]，其中An-代表層間可交換的陰離子，典型的化學(xué)組成是Mg6Al2(OH)16C03·4H2O。水滑石與水鎂石(Mg( OH) 2,Brucite) 的結(jié)構(gòu)類似，水鎂石由Mg(OH)2八面體相互共邊形成層狀化合物，層與層之間對(duì)頂?shù)丿B在一起，層間通過氫鍵締合。
?。?）類水滑石
當(dāng)水鎂石層狀結(jié)構(gòu)中的Mg2 部分被半徑相似的陽離子( 如Al3+ 、Fe3+ 、Cr3+ ) 取代時(shí)，會(huì)導(dǎo)致層上正電荷的積累，這些正電荷被位于層間的負(fù)離子（CO32-）平衡，在層間的其余空間，水以結(jié)晶水的形式存在，形成層柱狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)Mg2+ 和Al3+被半徑相似的二價(jià)或三價(jià)陽離子同晶取代，或CO32-被其他陰離子取代，即形成所謂類水滑石。
類水滑石具有和水滑石相同的結(jié)構(gòu)，差別在于層上陽離子和層間陰離子的種類和數(shù)量，二者統(tǒng)稱為水滑石。
2、水滑石的性能及合成方法
水滑石因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有堿性、層間陰離子的可交換性、熱穩(wěn)定性和組成和結(jié)構(gòu)的可控性等優(yōu)異性能，其合成方法主要有共沉淀法、水熱合成法、離子交換法、焙燒還原法、微波輻射法和尿素均勻沉淀法等。
3、水滑石的用途
 水滑石類化合物綠色環(huán)保無污染，是一類極具研究潛力和應(yīng)用價(jià)值的三維結(jié)構(gòu)納米材料。納米水滑石所具有的特殊的層狀結(jié)構(gòu)使得其在催化、吸附、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用獲得了長足的發(fā)展，但是在化學(xué)發(fā)光方面的應(yīng)用卻鮮有報(bào)道。
4、水滑石在化學(xué)發(fā)光方面的應(yīng)用
化學(xué)發(fā)光分析法由于對(duì)分析物的檢測(cè)靈敏度高、線性范圍廣、檢測(cè)速度快、檢測(cè)儀器設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，成為分子光譜中十分活躍的研究熱點(diǎn)之一?；瘜W(xué)發(fā)光分析法可以與其他領(lǐng)域相結(jié)合，使得其研究和應(yīng)用領(lǐng)域越來越寬。
劉芳等采用低過飽和度恒定pH值方法制備鎂鋁碳酸根水滑石，并以鎂鋁碳酸根水滑石催化魯米諾-過氧化氫化學(xué)發(fā)光體系為研究對(duì)象，重點(diǎn)考察納米水滑石材料對(duì)化學(xué)發(fā)光體系的影響。
（1）鎂鋁碳酸根水滑石對(duì)魯米諾-過氧化氫化學(xué)發(fā)光體系的影響
在堿性溶液中，魯米諾能被過氧化氫氧化產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光。研究證實(shí)，當(dāng)體系中存在碳酸根時(shí)，魯米諾-過氧化氫化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的信號(hào)得到增強(qiáng)。這主要是由于碳酸根能被溶液中的過氧化氫氧化生成HCO4-，HCO4-的氧化能力要大于過氧化氫的氧化性能，從而增強(qiáng)魯米諾一過氧化氫化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的信號(hào)。當(dāng)體系中存在鎂鋁碳酸根水滑石時(shí)，魯米諾-過氧化氫化學(xué)發(fā)光體系的發(fā)光強(qiáng)度被極大地增強(qiáng)。然而制備鎂鋁碳酸根水滑石相應(yīng)濃度的Mg2+或CO32-對(duì)化學(xué)發(fā)光信號(hào)有微弱的增敏，但其增敏效果與鎂鋁碳酸根插層水滑石的增敏效果相比，要弱很多；Al3+對(duì)此體系沒有明顯的增敏作用。也就是說，造成魯米諾-過氧化氫化學(xué)發(fā)光體系強(qiáng)烈的增敏效果并不是由于制備鎂鋁碳酸根水滑石的原料所引起的。由此推斷，水滑石中插層的陰離子種類對(duì)魯米諾-過氧化氫化學(xué)發(fā)光催化效果起著重要作用。
（2）鎂鋁碳酸根水滑石層板中的鎂鋁比對(duì)魯米諾-過氧化氫化學(xué)發(fā)光體系的影響
水滑石層板的鎂鋁比是水滑石催化魯米諾-過氧化氫化學(xué)發(fā)光體系的一個(gè)重要影響參數(shù)。鎂鋁比3的碳酸根水滑石對(duì)魯米諾過氧化氫的催化效果要高于鎂鋁比為4的碳酸根水滑石，而鎂鋁比為2的碳酸根水滑石的化學(xué)發(fā)光信號(hào)卻低于鎂鋁比為3的化學(xué)發(fā)光信號(hào)，這主要是由于過小的層間距造成的。隨著層間距的減小，魯米諾進(jìn)入層板間所受到的阻力增大，這樣不能有效地與層間的碳酸根反應(yīng)，對(duì)應(yīng)的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度降低，即鎂鋁比為2的水滑石對(duì)應(yīng)的化學(xué)發(fā)光信號(hào)低于鎂鋁比為3的水滑石對(duì)應(yīng)的化學(xué)發(fā)光信號(hào)。
（3）鎂鋁碳酸根水滑石中碳酸根的負(fù)載量比對(duì)魯米諾-過氧化氫化學(xué)發(fā)光體系的影響
對(duì)于水滑石納米材料來說，當(dāng)反應(yīng)溶液中碳酸根離子的濃度較小時(shí)，碳酸根主要分布在水滑石層板的外表面；隨著反應(yīng)溶液中的碳酸根濃度進(jìn)一步增大時(shí)，插入到層板間的碳酸根離子越多。
在其他反應(yīng)條件不變的情況下，在反應(yīng)初始時(shí)，通過控制反應(yīng)原料的碳酸鈉的加入量來控制水滑石中的碳酸根的負(fù)載量。從而研究水滑石的碳酸根負(fù)載量對(duì)魯米諾-過氧化氫化學(xué)發(fā)光體系的影響。開始時(shí)魯米諾-過氧化氫化學(xué)發(fā)光體系的發(fā)光信號(hào)隨著制備的碳酸根陰離子濃度的增大而增大，但是當(dāng)溶液中碳酸根的量超過水滑石層板間理論上所需要插層的陰離子的總量（7.5 mmol）時(shí)，體系的發(fā)光強(qiáng)度隨之降低。
（4）鎂鋁碳酸根水滑石催化魯米諾-過氧化氫化學(xué)發(fā)光體系的發(fā)光體
目前通常認(rèn)為魯米諾一過氧化氫體系的發(fā)光機(jī)理為：在堿性環(huán)境中魯米諾能夠被過氧化氫氧化，生成激發(fā)態(tài)的3-氨基鄰苯二甲酸根離子，當(dāng)其從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)產(chǎn)生光輻射，發(fā)出最大發(fā)射波長為425 nm的藍(lán)光。在鎂鋁碳酸根水滑石存在時(shí)體系的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度被極大的增強(qiáng)，但是鎂鋁碳酸根水滑石催化魯米諾-過氧化氫體系的化學(xué)發(fā)光光譜的最大的發(fā)射波長仍為425 nm，這有力地說明了鎂鋁碳酸根水滑石在化學(xué)發(fā)光體系中只起到催化劑的作用，反應(yīng)中并沒有產(chǎn)生新的發(fā)光體，還是常見的3-氨基鄰苯二甲酸根離子發(fā)光體。
（5）鎂鋁碳酸根水滑石催化魯米諾-過氧化氫化學(xué)發(fā)光體系的反應(yīng)機(jī)理
鎂鋁碳酸根水滑石催化魯米諾-過氧化氫化學(xué)發(fā)光體系的反應(yīng)機(jī)理：在堿性條件下，魯米諾轉(zhuǎn)化成魯米諾陰離子，過氧化氫轉(zhuǎn)變?yōu)檫^氧化氫陰離子。它們由于靜電作用吸附到帶高正電荷的鎂鋁碳酸根水滑石層板周圍。這些相對(duì)濃縮的陰離子能更容易更有效地與層板間的高濃度的碳酸根陰離子反應(yīng)，使魯米諾陰離子進(jìn)一步地氧化生成更多的激發(fā)態(tài)的魯米諾陰離子，從而能導(dǎo)致化學(xué)發(fā)光信號(hào)的增強(qiáng)。
（6）鎂鋁碳酸根水滑石催化魯米諾-過氧化氫化學(xué)發(fā)光體系的優(yōu)點(diǎn)
常用的魯米諾-過氧化氫化學(xué)發(fā)光體系的催化劑有過渡金屬離子及其化合物、蛋白酶類等。然而，對(duì)于過渡金屬離子及其化合物催化劑來說，其他金屬離子對(duì)發(fā)光體系的分析干擾嚴(yán)重，并且該催化劑一定程度上對(duì)環(huán)境有污染；對(duì)于蛋白酶類催化劑，價(jià)格相對(duì)來說比較昂貴，并且溶液不穩(wěn)定，反應(yīng)條件較為嚴(yán)苛，必須小心地控制反應(yīng)條件。鎂鋁碳酸根水滑石作為催化劑測(cè)定過氧化氫的檢出限優(yōu)于或近似于其他催化劑測(cè)定過氧化氫的測(cè)量結(jié)果。
因此，使用鎂鋁碳酸根水滑石作為催化劑催化魯米諾-過氧化氫化學(xué)發(fā)光體系測(cè)定過氧化氫具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）作為一個(gè)綠色催化劑，鎂鋁碳酸根水滑石易于制備且穩(wěn)定；（2）制備鎂鋁碳酸根水滑石的成本低廉；（3）檢出限低。
將無機(jī)層狀的水滑石納米材料應(yīng)用于分子化學(xué)發(fā)光光譜的研究領(lǐng)域中，豐富了我們對(duì)水滑石納米材料的又一微觀認(rèn)識(shí)。我們相信基于水滑石催化化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，能進(jìn)一步地開發(fā)過氧化氫或轉(zhuǎn)化為過氧化氫的相關(guān)探針及傳感器，并將其應(yīng)用于環(huán)境、生物領(lǐng)域中。
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