聚合物纳米杂化材料的控制合成、自组装及功能化

聚合物纳米杂化材料的制备及功能化是当前国际前沿研究课题之一.特殊结构的聚合物可以通过分子间特殊相互作用,在纳米尺度上自发地组装成具有特殊结构和形态的集合体,这类材料在新材料、电子以及生物医学等领域具有广泛的应用前景.本文介绍国内外,特别是厦门大学在双亲性分子及嵌段共聚物的模板自组装、基于POSS单体纳米构筑单元以及POSS嵌段聚合物自组装的有机/无机纳米杂化材料、模板控制导电高分子材料纳米形态构筑等领域材料的可控合成和组装,与此同时对相关材料的性能及功能化应用进行了简要的讨论.     

模板合成法制备金纳米线的研究

近年来,利用化学和物理方法制备各种高度有序的纳米结构材料已经成为学术界的研究热点之一．其中,在特定的模板中沉积各种材料而构建纳米点阵的方法,具有制备简便,成本较低等优点,而且在尺度上可以突破刻蚀技术的局限性,具有广泛的应用前景［１］．常用的模板有阳极氧化多孔铝（ＡＡＯ）、多孔硅和聚合物等,其中ＡＡＯ模板具有耐高温,绝缘性好,孔洞分布均匀有序,而且大小可控等特点［２］,是使用较为广泛的一种．利用阳极氧化铝为模板,采用电化学方法［３～７］或压差注入法［８］制备有序的纳米粒子点阵,已经在润滑［９］、电…     

一维聚合物-无机纳米复合材料的制备

近年来,一维聚合物-无机纳米复合材料因其独特的结构、优异的性能及广泛的应用前景而得到极大关注。由于无机相和聚合物相在纳米尺度的复合可显著提高材料的内在特性和功能,许多一维纳米复合材料在电子传输、光学特性、力学性能等方面表现优异,相关材料在电子器件、储能器件、光化学传感器、催化等领域具有潜在应用价值。本文基于一维聚合物-无机纳米复合材料多种不同的结构形式,综述了三种最常用的制备方法,即模板合成法、静电纺丝法和一维组装法,分别介绍了各种制备方法的原理,并对其特点和发展趋势进行了评述和展望。     

原位插层聚合法制备聚丙烯酰胺/α-磷酸锆纳米复合材料及其结构表征

聚合物／层状无机物纳米复合材料因具有常规复合材料所没有的结构、形态及较常规聚合物基复合材料更优异的性能而引起人们的广泛关注．α-磷酸锆（α-ZrP）作为一种合成的结构规整的层状无机物，其离子交换容量（600mmol／100g）是粘土的6倍，并具有长径比可控和粒子尺寸分布较窄等特点，是制备聚合物／层状无机物纳米复合材料的优良基体．以往的研究工作主要集中于金属氧化物／α-ZrP层柱材料和聚电解质膜两类复合材料，有关聚合物／α-ZrP插层复合材料的研究报道较少．聚丙烯酰胺（PAM）是一种具有广泛用途的水溶性高分子，作为聚电解质，     

鸟巢状分级结构LiFePO_4的合成及其电化学性能研究

采用溶剂热法,以乙二醇为溶剂,P123为软模板剂,制备了锂离子电池正极材料磷酸铁锂(LiFePO4),其振实密度约为1.2g·cm-3。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和BET对样品的成分、晶型,形貌和孔结构进行了表征。结果表明:鸟巢状LiFePO4由单晶纳米片组成,具有开放的三维多孔分级结构。通过时间单因素实验探讨鸟巢状分级结构LiFePO4的生长机理,其生长过程可以概括为:成核——定向生长——团聚——定向生长。电化学性能测试结果表明材料在0.1C倍率下充放电时,其首次放电比容量达132.5 mAh·g-1。     

聚合物负载金属纳米粒子型核壳结构催化剂的研究

核壳结构聚合物负载型催化剂因其载体材料独特的结构、形貌和性质而具有优异的催化活性,成为了催化化学领域研究的热点。本文综述了聚合物负载金属纳米粒子型核壳结构催化剂,包括球形聚合物刷负载金属纳米粒子、聚合物中空微球负载金属纳米粒子、聚合物实心微球表面包覆金属纳米粒子等类型催化剂的制备及其相应的催化性能,强调了各类载体的组成和结构特点对催化活性及其稳定性的影响。最后总结了该类催化材料的优势和不足,并对其性能和应用进行了展望。     

基于聚乙烯醇聚合物点制备荧光纳米复合材料

近年来, 由于聚合物点(PDs)具有良好的荧光性质和光收集能力, 受到了人们广泛的关注, 应用在生物成像和检测等领域. 然而, 目前报道的聚合物点大多数是指共轭聚合物经过组装、固定形成的, 因此聚合物点保持着形成之前的共轭聚合物的相关性质, 且具有更好的稳定性和进一步功能化的能力. 本文中我们研究的聚合物点是指从非共轭线性聚合物为原料而制备的聚合物点, 这类聚合物包括聚环氧乙烯, 多糖等. 聚合物点不仅包含使其具有荧光的碳化中心, 还具有外围的聚合物链结构. 因此, 可以拓展应用聚合物点的聚合物特性. 我们利用PDs的荧光中心和外围的聚合物链双功能性质, 详细研究了基于PDs制备功能性纳米复合材料体系. 首先, 我们原位制备了聚乙烯醇/PDs纳米复合膜材料(PDs是直接通过聚乙烯醇可控碳化而产生的). 复合材料不仅保持了PDs的荧光特性, 还保持了聚乙烯醇易加工的特性, 如可以制备成纳米复合膜材料, PDs含量可以根据需要调控: 0, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%. 纳米复合膜材料在不同激发光下具有多颜色发光性质. 进一步的, 我们验证了PDs水溶液可以和很多其他水溶性聚合物, 石墨烯量子点或半导体量子点实现共混, 从而制备双功能性纳米复合材料.     

聚吡咯及其复合热电材料研究进展

聚吡咯(PPy)以其环境稳定性好、低毒、可调的导电性等优点,在热电材料研究方面日益受到人们的关注。采用纳米结构导电聚合物或将有机导电聚合物材料与高导电性的碳纳米粒子进行复合制备聚合物/碳纳米粒子复合材料,可以有效地改善其热电性能。本文结合该领域近年来的研究进展,重点讨论了PPy及其复合热电材料的研究结果,对一维纳米结构PPy的制备也进行了论述。     

导电聚合物超级电容器电极材料*

导电聚合物（聚苯胺,聚吡咯,聚噻吩）作为超级电容器电极材料的研究引起了人们广泛的兴趣,该类材料制备的超级电容器具有成本低、容量高、充放电时间短、环境友好和安全性高等优点。本文综述了近年来基于导电聚合物及其与无机材料（碳材料/金属氧化物材料）复合所得电极材料在超级电容器中的应用进展,指出具有纳米结构导电聚合物材料及导电聚合物与无机纳米材料的复合是超级电容器电极材料研究的重要发展方向。     

熔盐法合成NiO纳米微晶

纳米科技的基础是纳米结构材料的合成．它是纳米科技在分散与包覆、高比表面材料、功能纳米器件、强化材料等方面实现突破的起点。纳米颗粒（1-100nm）本身具有宏观量子隧道效应、量子尺寸效应、表面效应许多独特的性能．其制备研究日益得到广泛关注和重视．     

TiO2纳米管的模板法制备及表征

TiO2纳米材料在太阳能的储存与利用、光电转换、光致变色及光催化降解大气和水中的污染物等方面具有广阔的应用前景,成为重点研究的课题之一[1～5].目前,以TiO2纳米粉体和纳米膜的研究较为普遍,而TiO2纳米管的报道不多.由于纳米管比纳米膜具有更大的比表面积,因而具有较高的吸附能力,可望提高TiO2的光电转换效率.模板法(包括多孔阳极氧化铝膜(PAA)、光刻蚀制备的纳米模板、聚碳酸酯纳米滤膜等)在制备导电聚合物、金属、碳、无机半导体等纳米管或线型材料方面已得到广泛应用[6～9],在这些模板中,PAA膜具有均匀分布的垂直于表面的相互平行的密集纳米孔,且孔径、孔间距、膜厚可以通过电化学手段加以控制[10～13].     

Synthesis of ordered mesoporous NiO with crystalline walls and a bimodal pore size distribution

A mesoporous solid with crystalline walls and an ordered pore structure exhibiting a bimodal pore size distribution (3.3 and 11 nm diameter pores) has been synthesized. Previous attempts to synthesize solids with large ordered mesopores by hard templating focused on the preparation of templates with thick walls (the thick walls become the pores in the target materials), something that has proved difficult to achieve. Here the large pores (11 nm) do not depend on the synthesis of a template with thick walls but instead on controlling the microporous bridging between the two sets of mesopores in the KIT-6 template. Such control determines the relative proportion of the two pore sizes. The wall thickness of the 3D cubic NiO mesopore has also been varied. Preliminary magnetic characterization indicates the freezing of uncompensated moments or blocking of superparamagnetism.     

葡萄糖氧化酶在氨基功能化三维有序大孔材料上的固定化研究

一类新型功能化三维有序大孔（3DOM）材料被用于固载葡萄糖氧化酶．以聚苯乙烯胶晶为模板,三氨基丙基三乙氧基硅烷和正硅酸乙酯为前驱物,合成了不同氨基含量的3DOM SiO2-NH2材料．并以戊二醛为交联剂,成功地在3DOM SiO2-NH2材料表面嫁接了葡萄糖氧化酶,所得材料具有较高的催化活性．SEM观察表明,3DOM SiO2-NH2材料具有规则整齐相通的大孔孔道结构．FTIR测试表明材料中含有氨基及有机基团,戊二醛及葡萄糖氧化酶以C=N键嫁接在3DOM材料孔壁表面．     

Use of poly(ethylene terephthalate) track membranes as template matrices for the preparation of polymeric nanomaterials based on polypyrrole and poly(<Emphasis Type="Italic">N</Emphasis>-methylpyrrole)

The oxidative polymerization of pyrrole and N-methylpyrrole with the use of template synthesis on poly(ethylene terephthalate) (PET) track membranes was studied. By scanning electron microscopy (SEM), it was found that a polymer film was formed on the surface of membranes and on the walls of membrane pores. The rates of polymerization on the surface of membranes and pore walls, as well as the yield and structure of the polymer film, depend on the membrane parameters (pore length and diameter and membrane porosity), the chemical structure of the monomer, the diffusion of polymerized solutions through template pores, and the temperature.Translated from Khimiya Vysokikh Energii, Vol. 39, No. 1, 2005, pp. 15–20.Original Russian Text Copyright © 2005 by Dobretsova, Ermolaev, Jitariouk, Milinchuk.     

Thermal Methods in the Synthesis of New Ordered Mesoporous Adsorbents

The synthesis of new ordered mesoporous adsorbents, specifically of the MCM-41 type, involves a step of thermal elimination of the template (a surfactant) where CRTA is shown to provide a 'soft chemistry' route. Once the mesoporous (i.e. 2 to 50 nm pore width) material is obtained, the pore size is determined by thermoporometry, a convenient application for low temperature DSC. Finally, the hydrophobic - hydrophilic properties of the pore walls are explored by immersion microcalorimetry in water. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

Periodic mesoporous phenylenesilicas with ether or sulfide hinge groups--a new class of PMOs with ligand channels

A new class of periodic mesoporous organosilicas (PMOs) with 4-phenyl ether and 4-phenyl sulfide bridge-bonded silsesquioxanes integrated into the pore walls to create ligand channels have been synthesized using inorganic salt-assisted self-assembly directed by a supramolecular polyoxyethylene (10) stearyl ether (Brij 76) template.     

薄壁中孔碳材料的精细控制合成

利用γ-氧化铝为模板, 精细控制合成了一系列具有不同孔径的中孔碳材料. 在优化的条件下, 所得的碳材料具有孔径分布窄、比表面积高(>1000 m²·g^-1)、孔容大(最高3.82 cm³·g^-1)、中孔率高(>99%)的特点, 并且孔壁厚度仅有1-2个石墨层. 选用了三种不同来源的氧化铝为模板, 考察了模板与所得碳材料织构的相关性, 并提出用无序模板可控制备碳材料的机理. 即在碳包覆氧化铝的复合物前体中, 若碳层完整覆盖氧化铝表面并且足够强韧, 则所得碳材料可近似复制模板的孔结构, 并且碳材料的孔一部分由去除模板所生成, 另一部分来源于模板原有的孔. 据此模型对所得碳材料的孔容进行了理论计算, 其结果有力支持了上述机理.     

核-壳结构P(AM-co-MAA)-W-Ag复合微球的制备

以丙烯酰胺(acrylamide, AM)和甲基丙烯酸(methacrylic acid, MAA)的共聚微凝胶(P(AM-co-MAA))为模板, 通过离心沉积法将钨粉沉积于高分子微凝胶表面, 得到具有核-壳结构的P(AM-co-MAA)-W复合微球; 再以经聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)修饰的P(AM-co-MAA)-W复合微球为模板, 在硝酸银溶液中充分溶胀后, 通过向反相悬浮体系中缓慢通入氨气, 制备得到了具有核-壳结构的P(AM-co-MAA)-W-Ag双金属复合微球材料. 实验发现, 通过改变制备过程中AgNO3的初始浓度和PVP的用量等条件, 可以改变复合微球表面银的沉积量; 并结合实验结果初步提出了银的形成机理, 即PVP的存在, 不仅可以作为稳定剂固定Ag+离子, 同时可以作为还原剂促进Ag+还原为Ag的反应.     

Template molecular weight effects on the polymerization of acrylic acid

Acrylic acid was polymerized in dilute aqueous solution in the presence of a series of polyvinylpyrrolidones (PVP) of different molecular weight. Both inhibition time and rate of polymerization increased with PVP molecular weight. Purification of the PVP had no effect on these results. The complex produced by the polymerization was separated by methylation of the acrylic acid. The degree of polymerization ($\text{DP}$) of the polyacrylic acid formed in template polymerizaton was found to be remarkably similar to the $\text{DP}$ of the template PVP. A significant degree of isotacticity had also been induced in the PAA.     

A "teardown" method to create large mesotunnels on the pore walls of ordered mesoporous silica

A "teardown" method to create large mesotunnels (approximately 9 nm) on the pore walls of ordered mesoporous silicas is demonstrated by digesting the organic constituents from polymer-silicate nanocomposites. The ordered mesostructured polymer-silicate composites were first obtained via the evaporation-induced triconstituent co-assembly method by using a low-molecular-weight phenolic resin (resols) as an organic precursor; prehydrolyzed TEOS as an inorganic precursor, and triblock copolymer F127 as a template. All of organic components including F127 and phenolic resins are removed by the microwave digestion (MWD) method from mesostructured polymer-silica composites. While the removal of triblock copolymer F127 generates main pore channels, the phenolic resins can also be torn down from the pore walls, yielding mesotunnels between the channels. The resulting silica products exhibit ordered 2-D hexagonal mesostructure, large pore volume (up to 1.92 cm(3)/g), and very large pore size (up to 22.9 nm), which is even larger than their mesostructural cell parameter (14.2 nm). TEM images confirm the existence of mesotunnels on the silica pore walls. FT-IR and (29)Si solid-state NMR results reveal that these silica products have a large number of silanol groups.