硅酸锂材料的制备及其新应用

硅酸锂属于硅酸盐材料，所谓硅酸盐主要是指由Si、O及其它元素（如Al、Ca、K、Na、Li等）组合而成的化合物。 硅酸盐结构中一般都含有硅氧四面体结构，这些四面体以不同的方式连接（如单链状、双链、架状或岛状）形成不同结构的硅酸盐物质。硅酸锂是由金属锂和硅酸反应而生成的一系列化合物，主要分为一硅酸锂（Li8SiO6、Li4SiO4、Li2SiO3）、二硅酸锂（Li6Si2O7、Li2Si2O5）和五硅酸锂（Li2Si5O11）。除此之外，多硅酸锂的水溶液也叫锂水玻璃，也简称为硅酸锂。硅酸锂材料具有很多优异性能，如良好的氚溶解性、机械性能、物理化学稳定性，以及与结构材料的兼容性等，因此用途广泛。如；作为涂料基料，可用于船舶、海上工程以及建筑材料涂料等；作为表面处理剂，可使用于工艺品的保光、装饰品、收音机、塑料薄膜等；作为粘合剂，可用于石棉、玻璃、电视荧光粉、木材和汽车离合器等。特别值得注意的是：近年来，硅酸锂材料在新能源、环保等领域方面具有潜在的应用前景，如：可用在锂离子电池材料、CO2 吸附材料，以及核增值反应堆材料等，受到更加广泛的关注。在这些新的应用中，Li4SiO4、Li2SiO3是研究最多的两种。目前，美国、日本在硅酸锂的研究和制造技术领域处于国际较好地位，而我国在这方面的工作才刚刚起步。

溶胶-凝胶法是一种常见的液相合成粉体的方法，这种方法具有很多优点， 如反应物可以在分子水平上均匀混合、反应温度较低、反应容易进行等。因此在硅酸锂粉体的制备中也经常采用。人们发现，在制备硅酸锂粉体时，选择适当的原料非常重要。研究发现了溶胶-凝胶法合成硅酸锂材料。以正硅酸乙酯为硅源，氢氧化锂和乙醇锂为锂源，按照不同的Li/Si比合成硅酸锂粉体，结果发现：当采用乙醇锂为锂源时，Li/Si=2时，产物中含有94%的Li2SiO3和6%的Li2Si2O5 相；而氢氧化锂为锂源时，当 Li/Si=2时产物中也仅有55%的Li2SiO3，并未得到纯的Li2SiO3相。研究发现以碳酸锂和TEOS为原料，用溶胶-凝胶法在 650~700℃下分别合成了纯的Li2SiO3、Li2Si2O5和Li4SiO4粉体。利用TEOS和乙醇锂为原料，并以醇水混合液为溶剂，在40℃条件下用溶胶-凝胶法合成出纯的粒径仅为5nm~10nm的Li2SiO3粉体。结果表明：在40℃时，所得的纳米Li2S iO3粉体的热稳定性很好，温度升高到850℃也未发生相变。

虽然硅酸锂在传统领域的应用已比较广泛， 但目前人们对硅酸锂的制备技术、性能研究都还十分有限，远远不能满足新能源、环保等方面的需求。随着人们对能源危机、温室效应等“世纪问题”的关注度不断提高，硅酸锂材料在未来几年将会有较大的发展。