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user: 3. 基于LDH的核壳结构纳米复合材料的应用 由于独特的结构和性质，基于LDH的核壳结构纳米复合材料具有很多优秀的物理化学性能，如高表面积、磁性和多孔结构等。这些性能使得它们在催化、药物输送、废水净化、能量转换和存储以及超级 电容器等方面都有着潜在的应用价值，本文着重介绍该类材料在吸附、催化、超级电容器和生物医学四个领域的应用情况。 3.1. 吸附 随着工业化的快速发展，水污染已经成为最严重的社会问题之一，发展高效净化废水的方法迫在眉睫。吸附因其成本低、效率高、能耗低的优点，被认为是废水净化最有前途的方法之一。 基于LDH的核壳结构纳米复合材料的高比表面积和多孔性质使其表现出突出的吸附能力。Lin等人 [ 16 ] 通过自组装方法合成了核壳结构的分层ZnAl-LDH微球体，与LDH微球体相比，它对甲基橙有着更加优秀的吸附能力，达到523 mg/g，这是由于它具有更大的比表面积和合适的中孔分布，在废水处理方 图1. 共沉淀法合成Fe 3 O 4 @LDHs的方案 [ 10 ] 图2. 自组装法合成SiO 2 @NiAl-LDH的方案 [ 12 ] 图3. 原位生长法合成Co 3 O 4 @NiAl-LDH的方案 [ 14 ] 面有着潜在的应用。Kartsonakis I A等人 [ 17 ] 研究了核壳颗粒的合成和性质，在有机模板上包覆了MgAl-NO 3 -LDH，用于除去水中的氯化物。LDH对氯化物的吸附量受温度、pH值、接触时间和剂量等几项参数影响。Yan等人 [ 18 ] 通过共沉淀法合成了分层核壳结构的Fe 3 O 4 @Mg 3 Al-CO 3 -LDH磁性吸附剂，并且研究了煅烧后它对染料的吸附能力。煅烧后得到的Fe 3 O 4 @Mg 3 Al-CO 3 -CLDH在三次循环吸附后，对AY219的吸附能力仍然达到了1024 mg/g，是目前报道的磁性染料吸附剂中吸附值最高的，是净化染料污染废水的合适材料。 3.2. 催化 基于LDH的核壳结构纳米复合材料具有较大的比表面积、高表面原子利用率和较高的电催化活性，分层核壳结构的形成也有利于抑制电子–空穴对的重组，增加电子–空穴对分离的时间，催化效果更加突出。Xia等人 [ 19 ] 合成了一种易于分离回收的具有核壳结构的磁性Fe 2 O 3 @CuMgAl-LDH催化剂，方法简单易操作，用于甘油选择性氢解催化。实验结果表明，Fe 2 O 3 @CuMgAl-LDH对甘油的转换效率为76.2%，比CuMgAl-LDH (18.6%)高很多；连续使用5次后，对甘油的转换效率仅降低为68.1%，选择性仍高达98.4%。这种具有磁核和功能壳的磁性材料，把多种功能集成到一个单一的纳米颗粒上，显示出巨大的催化应用潜力。Chen等人 [ 20 ] 采用原位共沉淀方法，无需预处理，直接在球状SiO 2 核表面上覆盖AMO(Aqueous miscible organic)-LDH壳。通过形成分层结构的核壳沸石@AMO-LDH颗粒，能够结合沸石和AMO-LDH的独特属性。微孔和中孔分别在内核和外壳中起主导作用，这种结构为催化提供了一种理想的新型混合结构类型。 光催化剂将光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用，不仅能加速反应，成本低廉，而且不造成资源浪费与污染，因此研究高效的光催化剂具有重要意义。Dou等人 [ 21 ] 水热法合成TiO 2 中空纳米球体，然后原位生长CoAl-LDH壳，得到了具有卓越的光催化活性的TiO 2 @CoAl-LDH核壳纳米球体。全光谱照射下，氧气的产生率为2.34 mmol/h/g，可见光照射下，氧气的产生率为2.24 mmol/h/g，是目前发现光催化活性最高的材料。这项工作提供了一种简单的设计构造分层半导体材料的方法，在光催化分解水和太阳能转换等方面有着广泛的用途。Guo等人 [ 22 ] 利用简单的沉淀-沉积法合成了分层异质结构的ZnO@CuZnAl-LDH，它在CO 2 转化消除反应中显示了增强的光催化效率。Shao等人 [ 23 ] 通过电合成法合成有序的分层纳米阵列，由ZnO内核和LDH纳米片外壳组成，得到的ZnO@CoNi-LDH核壳纳米阵列在光电化学分解水上具有显著的效果，很大程度上增加了光电流密度和稳定性。这项工作提供了一个简单、低成本的方案来制备具有层次结构的多功能纳米阵列，在能量存储和转换设备方面有着潜在应用。 3.3. 超级电容器 超级电容器是一种新型储能装置，具有高功率密度，快速充电/放电和优异的循环稳定性等特点，可以替代传统的化学电池而应用于广泛的领域，研究高电容量的超级电容器具有重要意义。 相比于单纯的LDH或其他材料，基于LDH的核壳结构纳米复合材料的电荷转移阻抗和离子扩散阻抗低，具有高电化学性能、高比电容和好的循环稳定性，是作为超级电容器电极的优秀材料。Li等人 [ 24 ] 研究线状超级电容器，在铜线上合成了CuO@CoFe-LDH的一维纳米阵列电极，具有高比电容、倍率性能和循环性能。在此复杂的核壳纳米结构基础上，制备了全固态不对称线状超级电容器，展现了优良的超级电容性能，具有高能量密度(1.857 mWh −3 )和卓越的循环稳定性(2000次循环之后，电容维持在99.5%)。凭借金属线基板、过渡金属氧化物和LDH的通用性，这里提出的合成策略可以延伸到制造其他便携式和柔性微能量存储设备。Wu等人 [ 25 ] 合成了核壳结构Ag纳米线@NiAl-LDH，并作为超级电容器的电极材料。这种结构可以为电解液和活性材料提供高效接触，并且有利于电子和离子的传输，从而具有高比电容、快速氧化还原反应和较好的循环稳定性。Ag纳米线@NiAl-LDH的比电容为1246.8 F/g是NiAl-LDH (380.1 F/g)的3倍。Ag纳米线@NiAl-LDH的比电容在5000次循环之后仍保持在80.3%，稳定性较好。Li等人 [ 26 ] 利用简单的两步水热法合成了无黏结剂的Co 3 O 4 @LDH核壳混合结构的纳米线阵列。有着较大电活性表面积的LDH纳米片均匀分散在Co 3 O 4 纳米线表面上，快速的电子传输增强了LDH纳米片的电化学性能。Co 3 O 4 @LDH的高比电容(电流密度为1 A/g时，比电容为1104 F/g)、高倍率性能和较好的循环稳定性(5000次循环后维持在87.3%)归因于Co 3 O 4 的纳米线阵列及LDH纳米片之间的协同效应。 3.4. 生物医学 基于LDH的核壳结构纳米复合材料不仅具有LDH的低细胞毒性和高生物兼容性，而且整合了其他材料的特定性能，从而提高了LDH的生物学性能和改善了LDH自身的缺陷，因此在生物医学上逐渐发挥了越来越重要的作用。 很多研究发现，带正电荷的LDH纳米颗粒在很大程度上阻碍了癌细胞吸收和治疗效果。基于此，Yan等人 [ 27 ] 报道了在LDH表面上覆盖了一层聚乙二醇化的磷脂膜。脂质膜的涂层是一个简单通用的方法，尽管脂质膜可能减少了纳米颗粒-细胞相互作用的速率，但它可以防止血液特别是网状内皮系统中的带正电荷的LDH纳米颗粒和带负电荷的蛋白质之间的相互作用；并且延长了循环时间，药物输送更有效，提高了肿瘤抑制能力，改善了药代动力学和抗肿瘤活性。研究表明，LDH纳米颗粒可以有效地被树突状细胞吸收并具有对细胞成熟的佐剂活性。为了进一步提高LDH的免疫佐剂活性，Wang等人 [ 28 ] 合成了核壳结构的SiO 2 @LDH纳米颗粒。SiO 2 @LDH纳米颗粒在体外转染效率很高，可以作为一个潜在的非病毒基因递送系统。与单纯的DNA疫苗和LDH纳米颗粒相比，DNA疫苗装载-SiO 2 @LDH纳米颗粒不仅可以引起更高的血清抗体反应，而且能够明显促进T细胞增殖，增强了对乙型肝炎病毒的免疫应答。Bi等人 [ 29 ] 通过一种特殊的双滴共沉淀策略，用成本低的阿司匹林和Zn、Al硝酸盐合成了插入SA(salicylate)的ZnAl-LDH磁性纳米车的新型分层核壳结构，改善了LDH的可调节靶向药物传递能力的不足，应用于药物释放。不同摩尔比例的Zn、Fe 3 O 4 得到的Fe 3 O 4 @SA-LDHs具有不同的形态，并且展现了适中的载药量和强的超顺磁性。Bi等人这项工作中的形态控制原理也可以延伸应用到生物吸附/分离，可持续多相催化以及靶向性药物传递系统。