综述：阴离子层状材料综合洞察：组装、合成、反应性及应用范式

《ADVANCES IN COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》：Comprehensive insights into anionic layered materials: Assembly, synthesis, reactivity, and application paradigms

本综述系统阐述了阴离子层状材料（ALMs）的组装化学、合成策略、功能特性（如阴离子交换、插层）及其在环境修复（水处理）、生物医学（药物递送、抗菌、生物传感）和能源存储等领域的应用前景，强调了其层状结构（如LDHs、LHSs）的可调性和表征技术（如PXRD、FTIR）的关键作用，为可持续技术开发提供了重要指导。

　　

Assembly chemistry of anionic layered materials

阴离子层状材料（ALMs）的组装化学源于其与水镁石（Mg(OH)₂）相似的结构。水镁石层板由Mg²⁺阳离子被六个OH^-基团以八面体几何包围构成，形成中性层。在ALMs中，如层状双氢氧化物（LDHs）和层状羟基盐（LHSs），部分二价阳离子被三价阳离子同晶取代，导致层板带正电荷，这些电荷由层间区域的可交换阴离子平衡，从而构建了独特的宿主-客体框架。

Unique structural attributes of LHSs/LDHs

LDHs和LHSs的广泛应用得益于其独特的结构属性。其层状结构由带正电荷的八面体层板组成，通过层间阴离子平衡电荷。这种结构使其成为先进功能应用的理想可调宿主，例如能源存储、催化和生物医学领域。结构的灵活性允许对化学组成和表面功能进行精确控制。

Synthesis routes of layered compounds (LDH/LHS)

层状化合物（LDHs/LHSs）的合成可采用传统和非传统方法。常规方法包括共沉淀、尿素水解、水热法、阴离子交换、重构、盐和氧化物水解以及机械化学法。此外，模板法、溶胶-凝胶法、电合成法和软化学法也可用于合成LDHs。LHSs则可通过多元醇介质中的水解等方法制备。这些方法旨在调控材料的物理、化学、光学和催化性能。

Functional properties of ALMs

ALMs独特的分层结构赋予其多种功能特性。丰富的层间化学导致了形态变异、晶格缺陷和空位、沿各种线和面的变形、晶界以及间隙，这些因素共同影响了材料的反应性，并带来了有趣的性质，如阴离子交换能力、插层现象、在溶剂中的溶胀性以及形成单层胶体分散体的能力。

Intercalation

插层是指客体物种（离子、原子/分子）插入层状宿主基质的层间区域的过程。插层反应通常是可逆的，确保了宿主和客体的原始结构可以轻松再生。由于层板的完整性在插层过程中得以保持，此过程也可被视为一种拓扑固态反应。插层的驱动力是客体物种与宿主层板之间的相互作用，这使得ALMs能够存储不稳定的生物分子，并应用于超级电容器、电池等领域。

Characterization techniques used for anionic layered materials

ALMs的表征依赖于多种先进技术。粉末X射线衍射（PXRD）用于研究层状结构和验证插层现象。傅里叶变换红外光谱（FTIR）可分析化学键和官能团。扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）用于观察形貌。能量色散X射线光谱（EDAX）提供元素组成信息。拉曼光谱（RS）可用于进一步的结构分析。热重分析（TGA）和差热分析（DTA）则用于评估材料的热稳定性。

Applications of anionic layered materials

ALMs是用途广泛的纳米结构，其独特的物理化学行为使其能够应用于众多关键领域。在环境方面，可用于水修复和污染物去除。在生物医学领域，应用于药物递送、抗菌剂、生物传感和成像。在能源领域，用于超级电容器和电池。此外，还在陶瓷、显示技术和传感等方面展现出应用潜力。

Conclusions

总之，本综述重点关注了阴离子层状材料（ALMs）领域的最新进展，强调了其结构灵活性、可调组成、插层行为和多功能应用。ALMs独特的层状结构为结构修饰和制造提供了活性框架。合成策略的进步——从常规方法到新兴方法——以及对其功能特性的深入理解，为其在可持续技术开发和先进功能材料中的应用开辟了广阔前景。