插层结构功能材料的组装与产品工程

林彦军，周永山，王桂荣，李殿卿，段 雪

（北京化工大学 化工资源有效利用国家重点实验室，北京 100029）

特 约 述 评

插层结构功能材料的组装与产品工程

林彦军，周永山，王桂荣，李殿卿，段 雪

（北京化工大学 化工资源有效利用国家重点实验室，北京 100029）

阐述了插层结构功能材料以产品功能为导向的结构设计理论、以产品生产为导向的插层过程控制与插层组装方法学（包括共沉淀法、离子交换法、焙烧还原法、原位生长法、模板合成法、层层组装法及清洁生产工艺）以及产品性能与应用，针对化学产品工程的发展与需要，介绍了插层结构功能材料实现从分子尺度到过程尺度和产品应用跨越等产品工程研究的具体思路及关键科学问题。

功能材料；产品工程；插层组装

现代化学工业始于 19 世纪，于 20 世纪得到快速发展，为人类文明进步做出了重大贡献［1］。化学工程是以化学、物理和数学的原理为基础，研究化学工业和其他化学类型工业生产中物质的转化，改变物质的组成、性质和状态的一门工程学科。传统化学工程经历了单元操作和传递现象两个主要发展阶段，目前正处于第三个发展阶段，即产品工程［2-3］阶段。产品工程是一种包括产品定义、产品设计、过程设计和生产加工在内的化学工程科学理论，被认为是化学工程未来的发展方向［4-5］。它是一种以产品为导向的化学工程科学理论，把产品组成、结构与性能的关系作为主要研究内容，把产品设计、生产控制及产品定量分析和模型化作为研究对象，实现从分子尺度到过程尺度和产品应用的跨越。

层状双羟基复合金属氢氧化物（Layered Double Hydroxides，简称 LDHs，又称水滑石）是近年来新兴的一种超分子结构材料。由于它具有特殊结构，因此主体层板、层间客体的种类和数量及介观和宏观结构具有可调控性［6］。特别是利用其可插层特性，能够将具有特定功能的无机或有机物种组装进入层间，在获得新型结构的同时，材料的性能被极大地强化［7］。

北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室自 1994 年开始从事插层结构功能材料与产品工程的研究，逐步凝练了“以功能为导向的结构设计”、“以产品生产为导向的插层过程控制”等关键科学问题，通过对材料结构设计、插层过程控制和产品性能研究，先后建成了 1 套 100 t/a 通用技术中试平台、1 套 100 t/a 清洁生产工艺中试平台、3 套1 kt/a 产业化示范装置和 1 套 10 kt/a 产业化装置，使多种具有高附加值的插层结构功能材料进入市场并逐步得到广泛应用［8］。

本文对以功能为导向的结构设计和以产品生产为导向的插层过程控制及插层组装方法学进行了综述，介绍了产品的性能与应用，同时展望了该领域的发展方向。

1 以功能为导向的结构设计

1.1 插层结构材料的结构及构筑原则

LDHs 的化学组成式为 ［M2+1-xM3+x（OH)2]An-x/n·mH2O，其中，M2+和 M3+为金属阳离子，An-为层间阴离子，x为 M3+的摩尔分数，m为结晶水的数量［9］。它的结构非常类似于水镁石 Mg（OH)2，MgO6八面体是最小结构基元，并通过共用棱形成单元层，位于层上的 Mg2+可在一定范围内被半径相似的 Al3+同晶取代，使其层板带正电荷，层间可交换的阴离子An-可平衡层板上的正电荷，使得整体材料呈电中性。LDHs 具有由二维纳米尺寸的层板沿第三维方向有序排列而形成的晶相结构，主客体间及客体间存在共价键、氢键、静电引力和分子间力等多种作用力，具有典型的超分子结构。层状与插层结构见图 1。

图 1 层状与插层的结构Fig.1 Structure of layered and intercalated materials.

目前普遍认为只有与 Mg2+半径相近的金属离子才有可能进入层板［10］，对于插层结构材料能否形成的构筑原则仅限于一些定性实验规律和经验性结论，存在很多例外［11］，尚未上升至理论高度并形成科学判据，难以准确指导 LDHs 的合成，在设计新结构的插层结构材料时存在较大的盲目性。

通过对 MO6采用密度泛函理论的 B3LYP 算法（Becke，three-parameter，Lee - Yang - Parr hybrid functional）进行理论计算，根据 O—M—O 键角偏离90°的程度及八面体的结合能进行分类［12］，可将元素周期表中各金属元素形成的离子分为三大类：第一类离子变形程度极小（小于1°），八面体的结合能普遍较大，可以经实验合成得到稳定的LDHs层板结构，且二价和三价离子间易于相互组合形成二元 LDHs 层板；第二类离子变形程度较大（1°～10°），八面体的结合能较小，能形成 LDHs 层板结构，但大多数该类离子是在一定的条件下作为多元 LDHs 的一个组分被引入；第三类离子变形程度最大（大于10°），八面体的结合能最小，难以引入层板形成稳定的结构。

1.2 插层结构材料的结构设计

产品组成、结构与性能的关系是产品工程的中心内容。以产品需求为导向，对插层结构材料进行微观、介观和宏观等不同尺度上的设计，是产品工程的基础环节，也是尤其需要关注的研究内容。

1.2.1 微观结构设计

通过调控主体层板的金属元素种类和数量，根据产品性能的要求引入具有特殊功能的金属离子，可以使材料的性能得到强化或得到具有新功能的LDHs。如 Zn2+具有稳定烯丙基氯的作用，引入层板后可显著提高聚氯乙烯（PVC）的热稳定性［13］。

通过调控层间客体的种类和数量，将具有特定功能的客体物种经插层组装引入层间，也可以使材料的性能得到大幅度强化或产生新的功能。此外，合理选择客体种类，使主客体发挥协同作用，可以进一步提高材料的相关性能。如将具有抑烟功能的含 B—O 基团的客体插入层间，可在受热材料表面形成致密的玻璃化膜，使得材料抑烟性能大幅提高［14］；将具有较强紫外吸收性能的客体离子插入层间，不但提高客体的光热稳定性，而且显著提高产品对紫外线的吸收性能，得到性能优异的光热稳定型紫外阻隔材料，将其用于高分子材料［15］及沥青［16］中可显著延长基质的使用寿命。

1.2.2 介观结构设计

LDHs 属六方晶系，二价、三价金属离子及羟基形成二维层板，层板沿三维方向层层排列构成插层结构材料。通过控制成核及晶化等过程，可调控产品在各晶轴方向的尺寸，并对其性能产生影响。如采用清洁生产工艺制备a轴方向晶粒尺寸为300～500 nm 的 LDHs，由于粒径与紫外线的波长相当，可以最大程度散射紫外光，作为紫外阻隔材料起到了良好的紫外屏蔽作用。He 等［17］通过控制成核过程，用模板法制得纤维状形态的 MgAl -CO3- LDHs，使其比表面积明显增大，产物颗粒尺寸分布窄化。

1.2.3 宏观结构设计

在以往 LDHs 粉体材料研究的基础上，近年来研究者将 LDHs 粉体制备成一类新型的无机薄膜材料，由此拓宽了 LDHs 材料的应用领域。目前 LDHs 薄膜已在膜催化、金属防腐蚀涂层及光、电、磁器件等方面展现出一定的应用前景［18］。Zhang等［19］采用旋转涂膜技术在镁合金载体上快速制备了表面均匀致密的 MgAl - LDHs 薄膜，首先利用剥层处理的 MgAl-LDHs 胶体纳米粒子，通过一次或多次旋转涂层在载体上沉积 LDHs 粒子。Zhang 等［20］采用乳酸插层 LDHs 剥离得到带正电荷的 MgAl - LDHs 纳米片，将其与带负电荷的层状二氧化锰纳米片进行层层组装制备了（LDHs/MnO2)n多层复合薄膜。将 MgAl - LDHs 晶粒在适宜的基体上成膜或固定化，制成结构化反应器（也称整体式催化剂)，有可能提高催化效率，并防止催化活性组分的流失［21］。

2 以产品生产为导向的插层过程控制及插层组装方法学

根据产品工程的要求，对生产过程进行控制，将主客体按所设计的结构模型进行组装及裁剪，进行产品质量控制，实现产品设计目标，是产品工程的重要环节。不同的插层组装方法对于制备不同组成、结构和性能的插层结构功能材料具有重要影响。插层组装方法主要包括共沉淀法、离子交换法、焙烧还原法、原位生长法、模板合成法、层层组装法以及最近发展的清洁生产工艺等。

2.1 共沉淀法

共沉淀法是制备 LDHs 最常用的方法。该方法将构成 LDHs 层板的金属混合盐溶液和混合碱溶液通过适当方式混合，使之发生共沉淀，然后将含有沉淀物的悬浮液在一定温度下晶化一定时间得到 LDHs 浆液。其中，在金属离子混合盐溶液中或碱溶液中含有构成 LDHs 的阴离子物种［22］。该方法应用范围广，几乎所有适用的 M2+和 M3+都可形成相应的 LDHs，是工业生产中广泛采用的方法。

根据具体的实施手段，共沉淀法又可分为恒定pH 法、变化 pH 法、成核/晶化隔离法和均匀沉淀法4 种。

2.1.1 恒定pH法

恒定 pH 法又称双滴法或低过饱和度法。通过控制滴加速率，将金属混合盐溶液和混合碱溶液同时缓慢滴加到搅拌容器中，混合体系的 pH 由滴加速率调节［23-24］。该方法的特点是在溶液滴加过程中体系的 pH 保持恒定，容易得到晶相单一的 LDHs产品。Yun 等［25］控制 pH 恒定为 10.0，滴加温度为40 ℃，滴加完毕后于 70 ℃ 下晶化 40 h，所得产物为晶形完整的六方形片状晶体，晶粒尺寸为 40～120 nm。

2.1.2 变化pH法

变化 pH 法又称单滴法或高过饱和度法。制备过程是首先将含有金属阳离子 M2+和 M3+的混合盐溶液在剧烈搅拌下滴加到碱溶液中，然后在一定温度下晶化［26-27］。该方法的特点是在滴加过程中体系的 pH 持续变化，但体系始终处于高过饱和状态，而在高过饱和条件下往往由于搅拌速率远低于沉淀速率，常会伴有氢氧化物或难溶盐等杂晶相生成，导致 LDHs 产品纯度降低。Reichle 等［28］采用该方法制备了 CO32-型 MgAl - LDHs ，所得产物晶粒尺寸为 30～150 nm。

2.1.3 成核/晶化隔离法

恒定pH法和变化pH法在制备过程中均会发生后加入的原料在先期形成的晶核上生长的现象，使产品的晶粒尺寸分布变宽，影响产品性能。针对上述缺点，北京化工大学开发了成核/晶化隔离法［29］。该方法是在全返混旋转液膜反应器［30］中将金属混合盐溶液和混合碱溶液快速混合成核（见图2），使反应物瞬时充分接触、碰撞，形成大量的晶核，然后将浆液在一定温度下晶化，使晶核同步生长。成核/晶化隔离法使成核、晶化过程隔离进行，保证了晶体尺寸的均匀性，从而实现了对 LDHs 晶粒尺寸的有效控制，更好地满足了对不同性能产品的需要。

2.1.4 均匀沉淀法

均匀沉淀法又称尿素法，是首先向金属混合盐溶液中加入一定量的尿素，然后将该反应体系置于自生压力釜中，经过一定时间的高温反应，利用尿素缓慢分解释放出的氨来达到 LDHs 合成所需的碱度，保证 LDHs 的成核及生长［31-32］。该方法的特点是体系过饱和度低，产物晶粒尺寸大，一般处于微米级，且晶体结构较完整。

图 2 全返混旋转液膜成核反应器快速成核的示意Fig.2 Schematic illustration of a rotary liquid fi lm reactor.

2.2 离子交换法

离子交换法是利用 LDHs 层间阴离子的可交换性，将所需插入的阴离子与 LDHs 前体的层间阴离子进行交换，从而得到目标 LDHs 插层产物［6］。研究结果表明，一些常见阴离子的交换能力的大小顺序为：高价态阴离子易于交换进入层间，低价态阴离子易于被交换出来。该方法是合成一些特殊组成 LDHs的重要方法。目前，离子交换法已应用于多种有机和无机阴离子的插层反应［33-34］。

2.3 焙烧还原法

焙烧还原法是建立在 LDHs“结构记忆效应”（Memory Effect）特性基础上的一种制备方法。在一定温度下将 LDHs 的焙烧产物（层状复合金属氧化物）加入到含有某种阴离子的溶液中，LDHs 的部分层板结构得到恢复，从而将阴离子插入层间，形成具有新型结构的 LDHs。采用该方法可以合成一些复杂的无机、有机阴离子插层 LDHs［35-36］，是共沉淀法的有益补充。但由于 LDHs 的层板结构只能得到部分恢复，所以很难得到纯的晶相结构。

2.4 原位生长法

原位生长法主要用于制备复合材料。通过化学或物理方法将一种化合物或功能材料负载在另一种基质材料的表面，使得这种化合物或材料的机械性能、热稳定性、分散性等大幅提高，得到同时具有材料本身以及载体基质共同优点的复合材料。毛纾冰等［37］和张蕊等［38］分别以氨水和尿素为沉淀剂调节 pH，以硝酸镁为原料，利用γ - Al2O3载体表面的 Al 源，在γ - Al2O3孔道内表面原位合成了 MgAl - LDHs/γ - Al2O3复合材料。

2.5 模板合成法

利用有机模板合成具有从介观尺度到宏观尺度复杂形态的无机材料是一个新近崛起的材料化学研究方向。将自组装的有机聚集体或模板通过材料复制而转变为有序化的无机结构，自组装的有机聚集体对无机物的形成起模板作用，使无机物的生长具有一定的形状、尺寸、取向和结构。He等［39］利用 Langmuir - Blodgett 方法定向生长了MgAl - Cl - LDHs 单层膜，他们首先在云母片上线性负载 K2[Ru（CN)4L] 化合物，利用 LDHs 粒子与K2[Ru（CN)4L] 的相互作用来生长单层 LDHs 薄膜。

2.6 清洁生产工艺

上述方法使用的原料均为可溶性金属盐及不同形式的碱，在生成 LDHs 的同时会产生大量的副产物盐，需要用纯水进行多次洗涤。最近，本实验室［40］以金属氧化物或金属氢氧化物为原料，加入 CO2或相应酸，在一定的温度和压力下制备了LDHs。反应过程中所有原料均参加反应并生成了目标产物，无副产物生成，原子经济性为100%，属于典型的原子经济反应。反应产物中不含任何杂质，可以不经洗涤直接进行分离和干燥处理，并得到纯净产品，大大节约了水资源，保护了环境。

2.7 层层组装法

LDHs 是一种层板带正电荷的超分子结构材料，当这种层状化合物发生剥层反应时，可形成一个个分散的纳米薄片，这种表面带正电荷的纳米薄片是一种构筑静电组装超薄膜很好的基元，由此可以构筑有机 /LDHs 复合薄膜。Han 等［41］采用层层组装的方法在石英表面将 LDHs 纳米粒子与聚苯乙烯磺酸钠（PSS）制成 LDHs/PPS 多层薄膜，焙烧该薄膜，PSS 和 LDHs 层间离子作为造孔剂被除去，得到均匀分布的多孔性纳米复合金属氧化物（MMO）减反射膜，且当对 MMO 进行重新水合时，形成了无孔的 LDHs，使其减反射性能消失。通过这种焙烧 - 水合还原操作，可使减反射膜在多孔和无孔之间变换，从而实现了对其减反射性能的控制。

3 产品性能与应用

通过插层组装可以实现产品设计目标，得到具有不同微观、介观和宏观结构的一大类插层结构功能材料，对其进行进一步性能研究，使其广泛应用于催化新材料、电极材料、环境材料、聚合物助剂材料、建筑材料、电化学器件及前沿领域材料等国民经济诸多领域。

3.1 催化新材料

LDHs 及其焙烧产物中均存在碱中心，因而可作为固体碱催化剂替代传统液体碱催化剂，实现均相反应多相化。LDHs 作为碱催化剂主要用于两大类反应：烯烃氧化物聚合反应和醇醛缩合反应［42-43］。与其他多相催化剂相比，这类催化剂具有长寿命、高稳定性、对目的产物选择性高及良好的再生性等优点。

LDHs 层板含有离子半径相近的二价和三价金属离子，受晶格定位效应的制约，金属离子在LDHs 层板上相互高度分散。如果首先合成层板含活性组分的前体，再经焙烧及还原处理后有可能获得活性金属高度分散的催化剂［44］。

以 LDHs 为焙烧前体制备的氧化还原催化剂比用其他方法制备的相似组分催化剂具有明显的优势：过渡金属含量高（质量分数为 66%～77%），稳定性好，在多数情况下具有相对高的活性［45-46］。

3.2 锂离子电池电极材料

目前，商业化的锂离子二次电池多采用石墨等碳材料作为负极材料，相对于金属锂，电池的安全性有很大的提高。但由于碳电极与金属锂的电极电位相近，在过充电时，仍可能在碳电极表面析出金属锂，未能从根本上解决锂离子二次电池的安全性问题。Li 等［47］用共沉淀法制备了 NiFe2+Fe3+-LDHs 前体，从而制备了晶相单一、金属元素均匀分布的 NiFe2O4尖晶石材料，将其用作锂离子电池负极材料，经过 20 周循环后，可逆容量保持在 470（mA·h)/g，该性能优于高温固相法制备的NiFe2O4材料的电化学性能。

锂离子电池所用的正极材料目前主要有LixMO2结构和 LixM2O4（M＝Co，Ni，Mn）结构的氧化物，其中研究较多且具有层状结构的化合物是 LiCoO2和 LiMnO2。近年来，LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2材料已经引起人们的广泛关注。与 LiCoO2相比，LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2材料在价格和安全性方面更具有吸引力。路艳罗［48］采用 LDHs 前体法制备了层状Li[CoxNiyMn1-x-y]O2，并对其结构和电化学性能进行了研究，结果表明材料中元素存在的状态和含量对材料的电化学性能均有影响。

3.3 环境材料

LDHs 层间阴离子具有可交换性，因而可作为阴离子交换剂在环境保护中进行使用［49］。高价阴离子易于交换进入 LDHs 层间，低价阴离子易于被交换出来。与阴离子交换树脂相比，LDHs 的离子交换容量相对较大，且具有耐高温（300 ℃）、耐辐射、不老化、密度大、体积小等特点。

目前，在印染、造纸、电镀和核废水处理等方面已有使用 LDHs 作为离子交换剂的研究报道［50-51］。最近，Yu 等［52］采用 MgAl - LDHs 的焙烧产物对焦化含硫废液中的 S2O23-进行选择性吸附，使 S2和 SCN-的摩尔比由 1∶1 降至 1∶7，重结晶后回收了具有较高市场价值的工业原材料硫氰酸盐和硫代硫酸盐，实现了资源回收利用。

3.4 聚合物助剂材料

3.4.1 无铅 PVC 热稳定剂

热稳定剂是 PVC 加工过程中不可缺少的助剂之一，目前主要以含铅的有毒热稳定剂为主。LDHs层板具有碱性，同时 Cl-可交换进入层间，因而 LDHs可有效吸收 PVC 分解时脱出的 HCl，阻止 PVC 的自催化分解，对 PVC 起到较好的热稳定作用［53］。在MgAl - CO3- LDHs 的基础上，根据 PVC 的热分解机理，通过向层板引入对烯丙基氯具有稳定作用的Zn，向层间引入具有共轭双键终止功能或自由基捕获功能的客体离子［13］，可有效阻止 PVC 的热老化分解，提高 PVC 的热稳定性。

3.4.2 无卤高抑烟阻燃剂

MgAl - CO3- LDHs 受热分解时吸收大量的热 ，能降低燃烧体系的温度；同时，释放出的阻燃性气体CO2和 H2O 起到了隔绝氧气和降低材料表面温度的作用；此外，LDHs 能在表面形成凝聚相，阻止燃烧面扩展［14］。重要的是，利用成核/晶化隔离法制备的纳米级 LDHs 受热分解后，借助纳米尺寸在材料内部形成高分散的大比表面积的固体碱，对燃烧氧化产生的酸性气体具有极强的吸附作用，从而起到优异的抑烟作用。Li等［54］对 LDHs 主客体进行调控，插层组装制得主板含 Zn 元素、层间为硼酸根的插层结构 MgAl - LDHs，应用到聚乙烯、乙烯 - 醋酸乙烯共聚物等树脂中，表现出显著的阻燃和抑烟效果。

3.4.3 选择性红外吸收材料

LDHs 作为新型无机功能材料，能够吸收夜晚地面向大气辐射的红外线，作为新型保温助剂使农膜的综合性能明显提高。研究结果表明［55］，LDHs的红外吸收性能与其组成有关，其红外吸收性能主要来自于层间阴离子，层板组成对红外吸收效果有一定的协同作用。通过离子交换在层间插入对红外线有选择性吸收的物种［56］，使材料对散射范围的红外线具有选择吸收性能，以提高农膜的保温性能，同时还可赋予农膜高透光性、抗迁移、防流滴及防雾等多种优异功能。

3.4.4 紫外阻隔材料

一些高分子材料（如聚丙烯（PP）等）在紫外线照射下均会发生不同程度的老化分解，严重影响材料的性能，需添加紫外吸收剂以提高材料的抗紫外光稳定性。目前常用的紫外吸收剂多为有机小分子化合物，其光热稳定性较差，在自然条件下自身即会发生分解，大大降低了其使用效率。将有机紫外吸收剂插入 LDHs 层间［57］，发挥 LDHs 的“分子容器”作用，显著提高有机紫外吸收剂的光热稳定性，加上 LDHs 本身对紫外光具有很好的屏蔽作用，最终得到具有良好紫外光吸收和屏蔽功能的紫外吸收阻隔材料；添加到 PP 等塑料中可显著提高材料的光稳定性。

3.5 建筑材料

MgAl - NO3- LDHs 具有优异的 Cl-捕获功能，其理论交换容量可达 14.58%，加入水泥中［58-59］制成混凝土可有效吸收生产过程中加入的或在使用中因溶雪剂、海水、海风等侵蚀渗入的 Cl-，显著降低因Cl-造成的水泥混凝土表面剥落、黑斑以及混凝土中钢筋的电化学锈蚀等作用，延长道路、建筑及桥梁等混凝土建筑的使用寿命。

LDHs 的无机层板对紫外线具有屏蔽作用。研究发现，将 MgAl - CO3- LDHs 添加到沥青中，可有效提高沥青的抗紫外老化性能；当 MgAl - CO3-LDHs 掺杂量为5%（质量分数）时，挥发性有机化合物的释放量减小 75% 以上。在层板上引入 Zn 元素后，沥青抗老化性能进一步提高，针入度、软化点、延度和表观黏度等指标进一步改善，道路使用寿命延长 2 倍以上。近期研究发现，当 LDHs 在a轴和b轴方向的粒径尺寸与紫外线具有等波长粒径时，对紫外线的散射屏蔽作用最强；此外，在 c 轴方向上的层数会影响对紫外线的多级阻隔作用，降低紫外线的透过率。

3.6 电化学器件

剥离 LDHs 层板，然后插入不同的活性物种可制成新型生物传感器电极。Melo 等［60］将 LDHs固定尿素酶用于修饰场效应晶体管传感器，研究结果发现，该传感器具有良好的性能（如响应时间仅需 5～10 s）和较高的稳定性。He 等［61］采用Langmuir -Blodgett 法制得的双亲 Ru（II）阴离子型配合物与NiAl - LDHs 的复合薄膜显示出优良的电化学性能。LDHs 薄膜本身或其独特的插入反应特性和优异的物理和化学特性，已引起电化学、生物传感器领域的广泛关注。

3.7 前沿领域

无机薄膜具有耐高温、化学稳定性好、机械强度高和易清洗再生等优点，在食品工业、化学工业、能源工程、环境工程、电子技术和材料防护等领域得到越来越广泛的应用［62-63］。近年来，研究者将 LDHs 粉体制成一类新型的无机薄膜材料，极大地拓宽了 LDHs 材料的应用领域。目前 LDHs 薄膜已在膜催化、金属防腐蚀涂层及光、电、磁器件等方面展现出一定的应用前景。

Chen 等［64］采用原位生长法在 PAO/Al 基片（PAO为多孔阳极氧化铝）上得到（00l）晶面（或ab面）垂直于基片生长的 NiAl - CO32-- LDHs 薄膜，进一步采用长链脂肪酸盐溶液对薄膜进行表面修饰，首次制备了超疏水自清洁 LDHs 薄膜材料。Zhang 等［19］详细研究了镁合金表面经旋转涂膜技术制得的 LDHs 薄膜的防腐性能，测试结果显示，LDHs 薄膜能较大程度地提高镁合金的耐腐蚀性能。Liu 等［65］将 CoAl - LDHs 剥层后，用带正电荷的纳米片和 PSS 阴离子电解质交替沉积组装得到具有磁光效应的 LDHs/PSS 纳米薄膜。

4 结语

产品工程是化学工程未来发展的方向，多年来围绕“以功能为导向的结构设计”、“以产品生产为导向的插层过程控制”等关键科学问题展开了插层结构功能材料的插层组装与产品工程研究，经微观的主客体调控和介观、宏观结构设计，通过插层过程控制合成了多种新型插层结构功能材料，广泛应用于催化材料、电极材料、环境材料、聚合物助剂材料、建筑材料、电化学器件及前沿领域材料等国民经济诸多领域。

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Assembly of Layered Intercalated Functional Materials and Chemical Product Engineering

Lin Yanjun，Zhou Yongshan，Wang Guirong，Li Dianqing，Duan Xue
（State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering，Beijing University of Chemical Engineering，Beijing 100029，China）

The structure design theories，intercalation process control and assembly methods（including co-precipitation，ion exchange，roasting recovery，in situ growth，template synthesis，assembly of layers and cleaner production process)，product properties and applications of layered intercalated functional materials have been introduced in the light of product requirements.According to the development and demands of chemical product engineering，the research methods and key scienti fi c problems for this kind of materials from molecular scale to process scale and further product application are also provided.

functional material；chemical product engineering；intercalation assembly

1000-8144（2012）01-0001-08

TQ 314.2

A

2011 - 06 - 28；［修改稿日期］2011 - 10 - 12。

林彦军（1975—），男，河南省漯河市人，博士，副教授，电话 010-64412125，电邮 linyj@mail.buct.edu.cn。

国家重点基础研究发展计划项目（2011CBA00508） ；国家自然科学基金资助项目（21036001）。

（编辑 李明辉）