原位氮掺杂大孔径介孔碳材料的制备及表征

以壳聚糖为新型碳氮源、三嵌段共聚物F127为软模板、正硅酸乙酯(TEOS)为硅模板,利用混合模板法制备了原位氮掺杂大孔径介孔碳.利用N2吸附脱附等温线、XRD、SEM、XPS和TEM对样品进行表征.结果 表明,以F127和TEOS作为共模板,制备得到的介孔碳材料具有大的孔径(18.6 nm)和高的介孔孔容(2.56 cm3/g);最佳制备条件为:Si/C=1.33、pH =4.5、反应温度为30℃;氮元素成功原位掺杂到大孔径介孔碳材料中,其含量为3.95;.样品对牛血清白蛋白(BSA)有较好的吸附能力.     

超小孔径树枝状介孔二氧化硅纳米球的制备和表征

采用短碳链的表面活性剂溴代十二烷基三甲基溴化铵为模板剂,合成了具有较大粒径和超小孔径分布的单分散树枝状介孔二氧化硅纳米球(记为DMSNs-C12).通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射能谱(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、以及氮气吸附脱附曲线对制备的DMSNs-C12进行了形貌、晶体结构、化学组成、孔体积、比表面积等分析.结果表明:与传统的、以溴代十六烷基三甲基溴化铵为模板剂制备的单分散树枝状二氧化硅纳米球相比(DMSNs-C16),DMSNs-C12颗粒尺寸明显增大,褶皱结构消失,孔道尺寸急剧减小.原因是随着碳链减小,表面活性剂相互斥力减弱,影响微乳液形成,最终导致结构差异.     

有序氮掺杂介孔碳的水热自组装合成及其CO2吸附性能研究

以Pluronic F127为软模板,三聚氰胺和尿素为氮源,通过无需预聚合的一步水热协同自组装法制备了有序氮掺杂介孔碳CO2吸附剂.采用N2吸附/脱附、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)以及X射线光电子能谱仪(XPS)等多种表征手段考察了吸附剂的结构及表面特性.测定了不同温度下CO2和N2在有序氮掺杂介孔碳上的吸附等温线,应用多种吸附等温模型(Langmuir、Freundlich、Temkin、Dual-site Langmuir(DSL)模型)进行了拟合分析,并结合IAST模型预测了吸附剂在模拟烟气中的CO2/N2吸附选择性.结果表明,有序氮掺杂介孔碳具有较大的比表面积(可达498.6 m2/g)、高度有序的介观结构(P6mm空间群)以及较高的氮含量,其中氮元素以多种形式均匀掺杂在碳骨架中.研究发现,有序氮掺杂介孔碳对CO2和N2的吸附高度符合DSL吸附等温模型.此外,氮含量更高的NOMC-M具有更大的CO2吸附量(0℃,3.55 mmol/g;25℃,2.67 mmol/g)和CO2/N2吸附选择性(>40),且在连续CO2吸附/脱附循环测试后仍可保持良好的再生稳定性.     

磷掺杂介孔碳的制备及其电化学性能

以酚醛树脂为碳前驱体,磷酸为磷源,三嵌段共聚物F127为软模板,通过溶剂挥发诱导自组装(EISA)法制备了具有介孔结构的磷掺杂介孔碳(PMCs)。通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等测试方法研究所制备的PMCs的形貌与结构并利用电化学工作站测试其电化学性能。实验结果表明,磷元素在介孔碳中主要以C—P键和P—O键两种形式存在。电化学测试表明,通过调整磷掺杂量可获得最大比电容。当电流密度为0.5 A/g时,介孔碳比电容为140 F/g,而优化后的磷掺杂介孔碳比电容可达176 F/g。     

高比表面介孔碳的制备及其对溶菌酶的吸附研究

以间苯二酚-甲醛为碳源前驱体,正硅酸乙酯为硅源前驱体,嵌段聚合物F127(PEO106PPO70PEO106)为模板剂,在酸性条件下采用三组分共组装制备了具有介孔结构的碳硅复合材料.通过NaOH清洗去除硅元素可以得到具有更高面积和孔容的介孔碳.TEM和小角XRD结果表明,添加了正硅酸乙酯后所得介孔材料由有序结构变为无序蠕虫状.介孔碳材料的比表面积由389 m2/g增加到602 m2/g,孔容由0.45 cm3/g增加到0.58 cm3/g.所得介孔材料对溶菌酶的吸附量随着介孔材料比表面积和孔容的增加而增大.纯介孔碳的吸附行为符合Langmuir等温线吸附拟合,高比表面介孔碳的吸附过程符合Freundlich等温线吸附拟合.     

TiO2介孔材料的制备及其结构表征

以三嵌段高分子表面活性剂EO20PO70EO20(P123)为模板剂,异丙醇钛(TTIP)为无机母体源,采用溶胶-凝胶法制得稳定透明的TiO2凝胶,经煅烧后得到了TiO2介孔材料.分别用X射线衍射(XRD)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、N2吸附-脱附和紫外-可见分光光度计对TiO2介孔材料的结构、形貌、比表面积、孔径以及光催化活性进行了表征.所得结果表明:通过调整P123与TTIP的配比,在400℃下煅烧可得到局部结晶有序、比表面积大、催化活性高的TiO2介孔材料.     

介孔氧化锌的微乳液法制备及表征

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)/苯乙烯/硝酸锌溶液/过硫酸钾组成的聚苯乙烯微乳液为模板,提出一种制备介孔氧化锌的简易方法,研究了煅烧温度对介孔氧化锌结构特性的影响,提出了介孔形成的可能机制.结果表明:煅烧温度较高时,所得介孔氧化锌的孔径较大,比表面积较小;当煅烧温度为 500℃时,所得纳米氧化锌的比表面积为 11.013 m2·g-1,孔容为0.135 cm3·g-1,介孔分布在40.2 nm左右.此外,光催化降解亚甲基蓝的实验表明所制备的介孔 ZnO 具有较高的光催化性能.     

一步法合成含Co磁性有序介孔碳

以resol型酚醛树脂为前驱体,F127为模板剂,采用简单的一步法制备了磁性有序介孔碳材料,并对所得材料进行X射线衍射、N2吸附脱附、透射电子显微镜(TEM)、磁性能表征。在较低的Co含量下,所得材料保持了良好的二维六方有序结构(p6mm),随着Co含量的增加,介孔材料的有序性逐渐降低。所得样品中磁性粒子是以Co单质的形式存在的,且少量磁性前驱体的加入能够提高介孔复合材料的比表面和孔容,但是前驱体的持续增加会导致所得材料比表面和孔容的降低。所得材料在室温下表现出软铁磁性,饱和磁化强度等磁性能参数可以通过Co含量的改变而改变。     

纳米介孔ZnO@SiO2核壳结构催化剂的制备及其耐酸性能

以纳米中空介孔SiO2为壳,制备具有核壳结构的纳米介孔ZnO@SiO2催化剂,采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和比表面积(BET)等进行表征,在酸性介质中测定其光催化活性.实验结果表明:纳米介孔ZnO@SiO2催化剂直径约为50 nm,颗粒均一,分散性较好;在pH大于3的酸性介质中能稳定存在并且保持催化活性;在亚甲基蓝(MB)浓度初始浓度为10 mg/L,催化剂用量5 mg,pH为5时,降解率达到98.6;,循环5次后,催化效率依然在61.5;.该催化剂具有较强的耐酸性能,在酸性染料废水处理中具有巨大的应用前景.     

中空介孔SiO2纳米球的制备、改性及其对Al3+荧光识别研究

中空介孔SiO2由于中空多孔的结构而常用作功能材料的基底.将中空介孔SiO2进行官能团修饰,并应用为荧光传感材料是中空介孔SiO2一个重要的研究领域.本论文采用聚丙烯酸(PAA)为中空模板,聚醚F127为造孔剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,氨水为催化剂在乙醇体系中制备了中空介孔SiO2纳米球.系统研究了搅拌速度和聚醚F127引入量对中空介孔SiO2纳米球形貌及比表面积的影响.通过透射电镜、N2-等温吸附脱附曲线等表征说明该合成方法具有很好的普适性,通过调节F127的引入可以实现对比表面积的有效控制.通过氨基化、席夫碱反应进行荧光修饰,进一步研究表明荧光修饰后的中空介孔SiO2纳米球在水溶液中能够实现对Al3+的有效检测,检测限为1.19×10 -7M.