乙二醛存在时脲醛树脂的控制性聚合现象

考察了乙二醛存在时脲醛树脂的控制性聚合现象.聚合微球的粒径分散在1.0～14μm之间,但当乙二醛存在时粒径集中在6.5～9.0μm;控制乙二醛的用量和比例可以调整所得微球的大小、改善微球的形貌和均匀性.添加乙二醛或增加乙二醛的比例能大幅延长沉淀反应的诱导期(延长25%以上);红外分析以及XRD分析结果证明醛基总量或甲醛比例的增加都可减小聚合产物的结晶性特征;乙二醛的存在调整了脲醛树脂的成核过程或初级粒子的生长速度,推测乙二醛覆盖了聚合物的表面或表面活性位,限制了尿素甲醛的扩散反应过程.乙二醛存在时杂化过程所得氧化硅微球的粒径仅为杂化微球的20%,分析结果推测杂化微球中存在氧化硅的径向含量梯度,这种梯度是氧化硅纳米粒子的杂化和脲醛树脂的聚合速度差异造成的.     

表面活性剂存在条件下脲醛树脂杂化氧化硅微球的合成和表征

考察了表面活性剂存在条件下利用脲醛树脂杂化沉淀制备氧化硅微球的反应过程. 不同表面活性剂条件下所得的氧化硅微球产物各不相同. 焙烧后P123 (PEO20-PPO70-PEO20)条件的杂化微球分解成壳状氧化硅碎片, CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)条件的氧化硅严重变形, 体积收缩到前体粒子的九分之一, 而SDBS(十二烷基苯磺酸钠)条件的产物球形貌良好的保留了下来. BET分析揭示P123和CTAB条件下的氧化硅比表面分别增加了20%和13%, 而SDBS(十二烷基苯磺酸钠)条件的产物在表面积不变的条件下孔体积和孔径减少了一半. 定量分析证明SDBS条件下氧化硅纳米粒子的杂化受到了明显抑制, 而正硅酸乙酯浸渍方式的补硅量接近一倍, 这种优化的几何结构保证了氧化硅微球产物的完整性和稳定性.     

表面活性剂存在条件下脲醛树脂微球的合成反应过程

考察了酸性和不同表面活性剂存在条件下脲醛树脂微球的合成反应过程.中性Tween80和阳离子CTAB表面活性剂中生成的微球粒径分布窄,而阴离子表面活性剂中所得产物明显团聚,当预聚脲醛树脂粒子生成后加入中性和阳离子表面活性剂使产物微球的分散性和球形完整性明显改善.表面活性剂存在条件下产物的结晶性增强,初始反应的速率减慢,但中性和阳离子表面活性剂中初级粒子生成的诱导期延长、拉曼吸收增强、所得微球带正电荷;而阴离子条件下生成产物的相应特征正好相反.以上结果可以用表面活性剂的两亲性和电性对脲醛树脂微球的成核和生长过程的影响来解释.     

Pickering乳滴模板法制备超粒子结构有机/无机杂化微球

Pickering乳滴模板法制备有机/无机杂化的核壳微球越来越引起人们的关注,主要因为该方法制备出的微球具有以无机粒子为壳层的超粒子结构(supracolloidal structure),能够赋予微球独特的功能.胶体粒子在乳滴表面自组装形成有序的球面胶体壳,得到稳定Pickering乳液,固定乳滴表面的胶体粒子来制备核壳结构的微球或者以胶体粒子为壳层的微胶囊(colloidosome).本文综述了我们课题组以Pickering乳滴模板法制备超粒子结构有机/无机杂化微胶囊包括实心微球方面的工作.我们选择具有不同性能、种类的胶体粒子以及具有不同性质和功能的核材料,采用Pickering乳滴模板法,对吸附在乳滴表面的胶体粒子用不同的固定方法制备具有不同结构和性能的微球和微胶囊,利用基于多重Pickering乳液的聚合技术制备双纳米复合的超粒子结构多核聚合物微球.     

聚合物纳米微球增韧水凝胶的制备与表征

通过无皂乳液聚合制备阳离子纳米微球(NPs),并将其作为疏水交联中心来制备高强韧水凝胶。体系中的疏水单体甲基丙烯酸月桂酯(LMA)在表面活性剂作用下聚集到纳米微球表面,形成疏水缔合中心,通过原位引发自由基聚合得到纳米微球杂化的聚丙烯酰胺疏水缔合水凝胶P(AAm-LMA)-NPs。当凝胶受到应力时,由纳米微球形成的动态交联点通过断裂与重组可以有效地耗散能量,极大地提高了凝胶的强度和韧性。因此,所制备的P(AAm-LMA)-NPs水凝胶表现出十分优异的机械性能,其最大拉伸强度可达860 kPa,断裂伸长率为1280%,断裂韧性为3.8 MJ/m³。聚合物纳米微球增韧水凝胶的力学性能优异,有望在生物医学和工业领域有重要应用。     

磁性微球的制备及应用

磁性微球在生物医学和分离工程等多个领域都有广泛的应用,如固定化酶、靶向药物载体、核磁共振成像、细胞标记及分离、核酸和蛋白质分离纯化、环境治理等.近年来随着纳米新材料及制备工艺的不断创新,磁性微球的制备及应用都取得了大量进展.磁性微球的制备方法主要可以分为4类:(1)包裹法,在微球生成的同时将磁性纳米颗粒包裹在微球基质内,又可以细分为异质聚合法、乳化-溶剂挥发法、膜乳化和微流控技术、反相悬液-交联法、Stober法、聚合诱导胶体聚集法等;(2)模板组装法,在模板微球内部或表面组装磁性纳米颗粒,包括溶胀法、吸附法和静电自组装法等;(3)模板原位生成法,在模板微球的内部或表面原位生成磁性纳米颗粒,包括共沉淀、沉淀-氧化法、有机前驱体热分解法等;(4)溶剂(水)热法,以有机溶剂或水为介质,密闭体系中的反应物在一定的温度和溶液的自生压力下反应得到磁性微球.本文按照制备方法对近几年来磁性微球领域的研究进展进行了总结,包括反应原理、磁性微球的性质、表面功能化和应用介绍.     

聚合物模板微球表面电性对中空二氧化硅微球形貌的影响

分别以过硫酸钾和偶氮二异丁基脒盐酸盐为引发剂,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂,在水中引发苯乙烯聚合制备了2种表面分别带负电性和正电性基团的聚苯乙烯(PS)模板微球.在氨水催化下,利用正硅酸乙酯的水解缩合,形成PS/SiO_2复合微球,去除模板后得到中空SiO_2微球,并对其进行FTIR、电子显微镜、TGA以及氮气吸附等分析表征.结果表明,PS模板微球表面的电性决定了OH-的分布,从而导致PS模板微球表面SiO_2壳层不同的形成机制.当以表面带负电的PS微球为模板时,可得到树莓状的中空SiO_2微球;而以表面带正电的PS微球为模板时,得到是表面光滑的,具有介孔结构的中空SiO_2微球.     

多层核-壳结构P(AM-co-MAA)/W/UF复合微球制备研究

以反相悬浮聚合技术合成的丙烯酰胺(acrylamide,AM)和甲基丙烯酸(methacrylic acid,MAA)共聚高分子微凝胶P(AM-co-MAA)为模板,通过离心沉积法将微米级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复合微球材料;再以P(AM-co-MAA)/W复合微球为模板,通过控制甲醛和尿素的缩聚反应在模板与油/水相界面进行,制备得到了具有多层核-壳结构的高分子/钨/脲醛树脂[P(AM-co-MAA)/W/Urea-formaldehyde resin]复合微球材料.利用扫描电子显微镜(SEM)、红外(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和热分析(TGA)等手段对复合微球进行了表征.实验结果表明,外壳层脲醛树脂的包覆量、复合微球的表面形貌可通过改变甲醛和尿素溶液的浓度、甲醛和尿素的物质的量之比等因素进行控制.复合微球的导电性测试结果表明,P(AM-co-MAA)/W复合微球表面壳层脲醛树脂包覆前后,其电导率由1.9×10-3降低为0.9×10-8S·m-1.该研究获得的三层核-壳复合微球材料其外层脲醛树脂的包覆较为完整、致密,其导电性接近于绝缘材料,为含钨复合微球作为电子元件的抗辐射涂层材料打下了基础.     

微乳液法合成沸石/介孔二氧化硅复合微球

利用简单微乳液自组装体系, 制备了介孔二氧化硅与Y型或Ti-MWW沸石晶体复合形成的沸石/介孔二氧化硅微球(ZMMS). 硅源正硅酸四丁酯与阳离子型季铵盐表面活性剂形成稳定的O/W微乳液形成大颗粒, 沸石颗粒由于疏水作用而进入油相, 同时, 季铵盐表面活性剂和正硅酸四丁酯组装形成介孔材料. 优化合成条件可以有效控制复合微球的沸石/介孔二氧化硅质量比(0～2.3)和直径(186～965 μm). 两种沸石/介孔二氧化硅复合微球材料的介孔孔径分别为3.98 nm(Y型沸石)和3.75 nm (Ti-MWW型沸石). Ti-MWW沸石/介孔二氧化硅复合微球在液相催化环氧化反应中表现出良好的机械强度, 并且能够达到与Ti-MWW沸石原粉相当的催化活性.     

纳米金/银修饰的空心/杂化微球的制备及其作为综合性能优异的三维拉曼增强基底的研究

以带正电的聚苯乙烯(PS)微球为模板分别制备出表面层为二氧化硅的杂化微球(PS@Si O2)及空心二氧化硅微球(HSSi,hollow spheres of Si O2).利用巯基硅烷偶联剂的桥联作用将金或银纳米粒子修饰到二氧化硅壳层的外表面,制备出4种结构均匀、体积窄分布的复合粒子:(1)纳米金修饰在空心二氧化硅微球的外表面(HSSi-Au NPs);(2)纳米金修饰在实心的PS/二氧化硅杂化微球(PS为核、二氧化硅为壳层)的外表面(PS@Si O2-Au NPs);(3)纳米银修饰在空心二氧化硅微球的外表面(HSSi-Ag NPs)以及(4)纳米银修饰在实心的PS/二氧化硅杂化微球的外表面(PS@Si O2-Ag NPs).分别利用上述4种复合粒子作为拉曼增强(SERS)基底,并以结晶紫(CV)为探针分子对各基底的拉曼增强效果进行了研究,其CV检测限依次为10-10、10-9、10-11和10-11mol/L,均具有较高的灵敏度.结果表明,以空心二氧化硅微球作为载体的增强效果优于以实心的杂化微球作为载体的增强效果(HSSi-Au NPs对CV的检测限比PS@Si O2-Au NPs对CV的检测限低1个数量级;虽然HSSi-Ag NPs和PS@Si O2-Ag NPs对CV的检测限相同,但对于相同浓度的CV,前者所获得的信号要明显强于后者).多次随机的重复测试表明,上述4种基底均具有优良的重复性.将上述4种基底在实验室放置3个月后用于CV的检测,各个基底仍具有相近的拉曼增强效果,即上述4种SERS基底的稳定性良好.     

三维有序大孔复合材料Bi2O3/TiO2制备与多模式下光催化降解结晶紫

以TiO2为基体,在聚苯乙烯(PS)胶球和EO20PO70EO20(P123)两种模板剂作用下通过溶胶-凝胶及煅烧后处理方法制备了三维有序大孔纳米复合材料Bi2O3/TiO2.经傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、X-射线衍射(XRD)、等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)、X-射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和N2吸附-脱附等物理测试手段对其组成、结构、形貌及表面物理化学性能进行了表征.结果表明,该复合材料晶型结构良好,孔结构排列整齐有序,孔壁呈介孔结构,属于三维有序大孔材料(3DOM).与TiO2相比,3DOM-Bi2O3/TiO2对光的吸收至少红移60 nm,且红移至可见区.在紫外光、可见光以及微波辅助等多模式光催化降解结晶紫的实验中,复合材料3DOM-Bi2O3/TiO2表现出良好的光催化活性,其活性明显高于P25、Bi2O3和Bi2O3/TiO2.同时,该复合材料针对不同类型的染料均表现出较好的紫外光降解效果,且3次循环实验后,依旧保持较高活性.     

Nanocomposite particles with core-shell morphology II. An investigation into the affecting parameters on preparation of Fe3O4-poly (butyl acrylate-styrene) particles via miniemulsion polymerization

The encapsulation of inorganic particles with polymers is desirable for many applications in order to improve the stability of the encapsulated products and disperse ability in different media. Colloidal particles with magnetic properties have become increasingly important both technologically and for fundamental studies. This is due to their tunable anisotropic. In the absence of an applied magnetic field, the particles have isotropic sphere dispersion, whereas in an external magnetic field the particles form anisotropic structures. Here, latexes containing nanocomposite particles of styrene-butyl acrylate/Fe₃O₄ with core-shell structure were prepared through miniemulsion polymerization technique. Magnetic composite nanospheres with high magnetic content were synthesized through miniemulsion polymerization using a new process based on a three-steps preparation route including two miniemulsion processes: (1) preparing a dispersion of oleic acid coated magnetite particles in water; (2) mixing of modified magnetite particles with styrene/butyl acrylate in the presence of sodium dodecyl sulfate (SDS), sorbitane mono oleate (Span 80), hexadecane (HD) and (3) miniemulsification of the modified Fe₃O₄ into the monomer droplets to reach to complete encapsulation. Subsequent polymerization generated magnetic nanocomposite spheres. Hence, the copolymerization reaction was performed on the surface of such particles in order to obtain core-shell morphology for these nanoparticles, which were characterized by several techniques such as TEM, SEM, DLS, TGA, VSM and FT-IR. The magnetic copolymer particles with diameter of 120-170 nm were obtained. The effect of several parameters such as magnetite, surfactants and hydrophobe amounts on the stability, particle size and magnetization were investigated and also optimized.     

可见光响应的Co3(PO4)2/Ag3PO4纳米复合光催化剂的制备及表征

采用简单的化学偏聚法合成出Ag₃PO₄纳米颗粒、磷酸钴（Co₃（PO₄）₂,CoP）纳米片以及它们两者的纳米复合结构（CoP/Ag₃PO₄）,同时还比较了它们的可见光催化活性. 采用场发射扫描电镜（FESEM）、X 射线衍射（XRD）、紫外-可见（UV-Vis）吸收光谱以及光致发光谱等手段对其形貌、结构、光学以及可见光催化性能等进行表征. 结果表明,CoP/Ag₃PO₄复合纳米结构的可见光降解甲基橙（MO）的速率和循环稳定性均明显优于其它两种物质. 这表明CoP应该起着共催化剂的作用,它能够抑制光生电子与空穴之间的复合,并且提供大量高活性的光生空穴. 此外,我们还发现CoP/Ag₃PO₄降解另一种阳离子型染料——罗丹明B（RhB）的能力则远不如纯Ag₃PO₄,这可能是与光催化剂的表面性质发生改变有关,造成更低的RhB吸附能力. 本文提供了一种廉价制备高效可见光催化剂的新方法.     

The Al2O3-Fe2O3 Mixed Oxidic System, I. Preparation and Characterization

A series of Al₂O₃-Fe₂O₃ mixed oxidic solids with composition ranging from 0 to 100% of Fe₂O₃ were prepared and examined for structural characteristics. XRD diagrams showed the presence of α-Al₂O₃ and hematite phases. The analysis of M?ssbauer spectra revealed the existence of two iron containing phases. The specific surface area of the mixture decreases by the addition of iron and depends on the crystal phases of the mixture. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

ZnO/In2O3复合空心球的制备及其光电催化葡萄糖降解性能

通过葡萄糖协助的水热以及随后的退火处理两步法成功制备了系列ZnO/In₂O₃复合空心球. X射线衍射谱(XRD)表明, 经500 ℃退火制得的ZnO/In₂O₃复合空心球中ZnO以非晶态存在, 但是随着退火温度的提高, 其逐渐转变为纤锌矿结构. 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和透射显微镜(TEM)结果表明, ZnO/In₂O₃复合材料具有空心球结构, 复合纳米颗粒之间结合紧密. 将ZnO/In₂O₃复合空心球组装成薄膜光电极, 研究了其光电催化降解葡萄糖的性能. 结果表明, 700 ℃退火处理的ZnO/In₂O₃复合空心球薄膜电极可产生最高的光致电流密度. 通过光致发光光谱(PL)发现, 与ZnO或In₂O₃空心球相比, ZnO/In₂O₃复合空心球的发光强度猝灭效果明显. 这是由于复合材料中晶界处产生的p-n结电场, 降低了光生电子-空穴对的复合几率, 从而使更多的光生电子可迁移到电极表面.     

The Al2O3-Fe2O3 Mixed Oxidic System, II. Catalytic Decomposition of N2O

N₂O decomposition was examined over a series of Al₂O₃-Fe₂O₃ mixed oxidic solids with composition ranging from 0 to 100% of Fe₂O₃. The catalytic activity of the solids runs parallel to the number of atoms of iron in the Al_2−x Fe_xO₃ solid solution phase. Two compensation effects are present. The first corresponds to catalysts rich in alumina, and the second one to catalysts rich in hematite. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

氢氟酸腐蚀对α-Fe2O3薄膜光解水电极光电化学性质的影响

使用溶胶-凝胶法制备了α-Fe₂O₃薄膜,研究了氢氟酸腐蚀薄膜表面对其光电化学性质的影响. 实验发现,薄膜表面的孔洞和间隙随着氢氟酸浸蚀时间的增长而发生变化. 氢氟酸浸蚀5 min,α-Fe₂O₃电极的光电流降低;随后随浸蚀时间增加而迅速增加;当浸蚀时间大于15 min时,其光电流再次下降,但对浸蚀过的样品再次退火可以使光电流大幅增加. 通过电化学交流阻抗谱、拉曼和X射线光电子能谱分析,提出了两个影响光电流的因素：氢氟酸表面浸蚀造成薄膜表面的多孔性和结晶度降低. 为此,通过示意图解释了结合浸蚀和退火后处理两个步骤来增强α-Fe₂O₃薄膜光解水电极光电活性的原理. 相对于初始的α-Fe₂O₃电极,浸蚀并且再退火处理后,其光电性质更加稳定.     

超级铝热剂Al/Fe2O3的制备、表征及对环三亚甲基三硝胺热分解的影响

采用水热法制备了中空短棒状纳米Fe2O3,并用超声分散法将其与纳米Al颗粒复合为单金属氧化基超级铝热剂.利用X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、扫描电镜及能量散射光谱仪(SEM-EDS)对样品进行表征.并运用差示扫描量热法(DSC)对比研究了超级铝热剂Al/Fe2O3、Al粉和纳米Fe2O3对环三亚甲基三硝胺(RDX)热分解特性的影响.结果表明:超级铝热剂的加入改变了RDX的热分解过程,并加剧了RDX的二次气相反应;随着超级铝热剂含量的增加,RDX的分解峰峰形发生了明显的改变;Al/Fe2O3、Al粉和Fe2O3对RDX热分解的作用主要表现为二次分解峰逐渐明显且峰温降低.     

铜物种对Cu/Fe2O3水煤气变换反应催化剂性能的影响

采用共沉淀法制备了系列铜负载量不同的Cu/Fe₂O₃水煤气变换(WGS)催化剂,并考察了铜负载量对催化剂结构和水煤气变换反应性能的影响. 结果表明,Cu/Fe₂O₃催化剂呈现出良好的水煤气反应性能,当CuO质量分数为20%时,催化剂的WGS性能最优,250 ℃时CO转化率高达97.2%,同时热稳定性也最好. 运用X射线粉末衍射(XRD)、N₂物理吸脱附和H₂程序升温还原(H₂-TPR)等手段对Cu/Fe₂O₃催化剂的物相、织构特征及还原性能进行了表征,结果表明,CuFe₂O₄物种的存在极大地改善了催化剂的还原性能和WGS反应活性. 这是由于CuFe₂O₄特殊的尖晶石结构有利于Cu微晶的稳定;同时,CuFe₂O₄在低温下即被还原为单质铜,有利于促进催化剂体系中电子的转移. 此外,通过(NH₄)₂CO₃溶液处理,研究了独立相CuO对Cu/Fe₂O₃催化剂WGS反应性能的影响,结果发现,独立相CuO的存在,有利于H原子在各组分传递,从而促进催化剂的CuFe₂O₄的还原,改善Cu/Fe₂O₃催化剂的WGS反应性能.     

微波辅助溶剂热合成In-Si共改性TiO2的增强光催化性能

利用微波辅助溶剂热法合成了In-Si 共改性的TiO₂ 光催化剂. 粉末X 射线衍射（XRD）、激光拉曼（Raman）光谱、N₂吸脱附（BET）、X射线光电子能谱（XPS）、光致发光（PL）光谱和紫外-可见漫反射光谱（UV-VisDRS）等实验表明,尽管掺杂和改性后TiO₂结晶度略有降低,但不影响光催化剂锐钛相的形成. Si 掺杂入TiO₂晶格使颗粒变小,比表面积变大. In 不能进入TiO₂晶格,在TiO₂表面形成了In₂O₃. 罗丹明B（RhB）降解实验显示,In-Si 共改性TiO₂表现出很高的紫外和可见光催化活性,Si：In：Ti 的摩尔比为0.03：0.02：1 的样品（IST-2）光催化活性最高,紫外光下3 min 即可将RhB降解完全,可见光下120 min RhB降解率为97%,这是由材料的高表面积,In₂O₃-TiO₂复合半导体之间高效电荷转移及染料敏化等共同作用所致. 对于苯酚,光催化降解则相对缓慢,700 min内尚不能降解完全.