DFT‐Based Simulation and Experimental Validation of the Topotactic Transformation of MgAl Layered Double Hydroxides

层状双氢氧化物 煅烧 吸热过程 热重分析 相(物质) 金属 插层(化学) 材料科学 差热分析 氢氧化物 结晶学 无机化学 化学 吸附 物理化学 有机化学 催化作用 光学 物理 衍射
作者
Shitong Zhang,Yibo Dou,Junyao Zhou,Min Pu,Hong Yan,Min Wei,David G. Evans,Xue Duan
出处
期刊:ChemPhysChem [Wiley]
卷期号:17 (17): 2754-2766 被引量:42
标识
DOI:10.1002/cphc.201600354
摘要

Abstract The thermal topotactic transformation mechanism of MgAl layered double hydroxides (LDHs) is investigated by a combined theoretical and experimental study. Thermogravimetric differential thermal analysis (TG‐DTA) results reveal that the LDH phase undergoes four key endothermic events at 230, 330, 450, and 800 °C. DFT calculations show that the LDH decomposes into CO 2 and residual O atoms via a monodentate intermediate at 330 °C. At 450 °C, the metal cations almost maintain their original distribution within the LDH(001) facet during the thermal dehydration process, but migrate substantially along the c ‐axis direction perpendicular to the (001) facet; this indicates that the metal arrangement/dispersion in the LDH matrix is maintained two‐dimensionally. A complete collapse of the layered structure occurs at 800 °C, which results in a totally disordered cation distribution and many holes in the final product. The structures of the simulated intermediates are highly consistent with the observed in situ powder XRD data for the MgAl LDH sample calcined at the corresponding temperatures. Understanding the structural topotactic transformation process of LDHs would provide helpful information for the design and preparation of metal/metal oxides functional materials derived from LDH precursors.
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