无机多孔材料的合成及其在环境催化领域的应用

无机多孔材料因其具有特殊的物化性能在化工、能源、环保等相关领域被广泛应用。本文总结了无机多孔材料的当前研究进展,详细介绍了微孔、介孔、大孔材料和大孔-介孔、大孔-微孔、介孔-微孔以及大孔-介孔-微孔等复合孔材料的制备方法,并介绍了无机多孔材料在室内、外等环保催化领域的应用,特别介绍了多孔材料对于消除移动源污染的应用。最后,对当前无机多孔材料在制备方面存在的问题进行了总结,并对今后无机多孔材料的制备方法和研究方向进行了展望。     

碳纳米多孔宏观体在水体净化中的应用

碳纳米多孔宏观体是指由碳纳米材料自组装形成的宏观多孔材料。该材料保持了碳纳米材料大的比表面积及化学、热稳定性,对水体中的污染物,如油污、染料分子及重金属离子等具有良好的吸附性能。此外,该类材料具有宏观结构及稳定的机械性能,方便操作,且易实现所吸附物的回收及吸附材料的再生。因此,碳纳米多孔宏观体成为碳纳米材料研究和应用的热点。本文梳理了碳纳米多孔宏观体的制备及其在水处理中的应用,包括碳纳米多孔宏观体的制备、污染物吸附及材料再生等。首先对碳纳米多孔宏观体用于水体净化的背景进行了介绍,之后,按照组成单元不同,将碳纳米多孔宏观体按照碳纳米管多孔宏观体,石墨烯多孔宏观体,碳纳米纤维多孔宏观体及碳纳米粒子多孔宏观体进行了分类。第三部分,详细介绍了制备碳纳米多孔宏观体的三种常见方法并分别讨论了各种方法的优缺点及所制备产物的性质。第四部分,按照不同污染物种类讲述了碳纳米多孔宏观体在水体净化中的应用。最后,针对碳纳米多孔宏观体在水体吸附应用中存在的问题进行了分析及展望。     

二维炭基多孔材料的合成及应用（英文）

二维材料是指厚度在纳米尺度,且在两个维度(长和宽)具有较大尺寸的材料。与块体材料相比,二维材料最大的特点是具有极高的表面/体积比,有利于传质、传热和离子扩散,因而在吸附、催化以及储能等领域有广泛的应用。近年来,随着石墨烯引发的二维材料研究浪潮,二维炭基多孔材料成为全世界关注的研究热点。而二维炭基材料的孔结构是影响其性能的关键因素。本文介绍了近年来二维炭基多孔材料的合成方法,包括炭纳米片及炭-无机复合纳米片的制备,讨论了制备条件对材料孔结构的影响。在此基础上,着重介绍了二维炭基材料在吸附、多相催化及储能方面的应用。最后,对新型炭基二维材料开发中仍存在的关键科学问题进行了总结和展望。     

多孔碳材料的制备

多孔碳材料不仅具有碳材料化学稳定高、导电性好等优点,由于多孔结构的引入,还具有比表面积高、孔道结构丰富、孔径可调等特点,在催化、吸附和电化学储能等方面都得到了广泛的应用。本文综述了微孔、介孔、大孔及多级孔碳等多孔碳材料的最新研究进展,重点介绍了多孔碳孔道结构的调控,并对多孔碳材料的应用进行了展望。     

纳米孔生物分子检测研究

纳米孔单分子检测技术是一种集操作简单、灵敏度高、检测速度快、无需标记等优点的传感检测技术,广泛应用于蛋白质检测、基因测序和标志物检测等领域。基因测序的费用、灵敏度和精度是该检测技术的发展中亟待解决的主要问题,而开发新型的纳米孔材料则是解决这些问题的关键手段。本文从纳米孔材料的选择和设计角度出发,综述了三种不同的纳米孔,即蛋白质等生物纳米孔、固态纳米孔和新型二维材料纳米孔在生物分子检测方面的应用现状,并比较了生物纳米孔与固态纳米孔的差别。本文也重点阐述了二维材料纳米孔在生物分子检测中的实验和模拟研究进展。最后,对纳米孔检测技术的发展前景进行了展望。     

基于高分子聚合物及毛细玻璃管的固态单纳米孔通道在分析化学中的应用

纳米孔检测技术以其独特的优势在电分析化学领域引起广泛的关注,基于此构建的电化学传感器及电化学整流开关已被用于多种目标物分析,如单分子蛋白检测及DNA测序。纳米孔既可由生物分子制成,也可由固态材料制备。其中,固态纳米孔易于修饰,机械性能、稳定性等相对较好,应用较为广泛。纳米孔检测技术主要的输出信号为电阻脉冲和电流-电压曲线(离子整流),本文以两种输出信号为重点,详细介绍了纳米孔检测的原理和应用,总结了近年来固态单纳米孔通道在分析化学领域的发展,并对该领域未来的发展趋势和应用前景进行了展望。     

新型多孔氮化硼材料

多孔氮化硼材料是一种新型多孔非氧化物材料,具有高比表面积、可调孔径、良好的化学惰性和热稳定性等特点,在催化、储氢、气体吸附和分离等领域具有巨大的应用潜力,是材料领域研究热点之一。依孔径的不同,多孔氮化硼材料被分为微孔氮化硼、介孔氮化硼、大孔氮化硼和多级孔氮化硼。本文综述了微孔、介孔、大孔及多级孔等类型氮化硼材料的研究进展。重点介绍了不同类型氮化硼材料的制备和性能,并分析了各种制备方法的优缺点,最后探讨了多孔氮化硼材料的发展前景。     

贵金属多孔纳米结构的模板法制备及生物检测应用

贵金属多孔纳米材料是一类非常重要的新型多功能纳米材料,其具有独特的空心内部、多孔的外壁以及可调的形貌等,表现出优异的光、电、催化等特性。调制贵金属多孔纳米材料的尺寸、形状、排列和空间取向等对促进其在拉曼光谱、生物传感等方面的应用至关重要。模板法是利用与目标产物的纳米尺度特征相匹配的预制结构来指导纳米材料的合成,可以制备出其他方法难以制备的新型多孔纳米结构材料。基于模板的多样性,能够便捷的调节多孔贵金属的孔径、尺寸和组分,充分的开发贵金属纳米结构的特性。本文着重介绍了贵金属多孔纳米材料的类型和调控这些纳米结构的各种模板方法,分析了各种制备方法的优势和不足,并简要综述了贵金属多孔纳米结构在生物检测方面的一些应用进展。     

NH_4Y_3F_(10)多孔纳米晶的制备及其在MALDI-TOF-MS中的应用(英文)

利用水热法合成出NH4Y3F10多孔纳米晶。由于Y3+离子的激发态能量可以转移给具有较高振动能的有机分子,因此这些多孔纳米晶可以作为基质辅助激光解析电离飞行时间质谱的基体材料,用于检测小分子和聚乙二醇。通过与商品化的基体材料(CHCA、DHB)对比,证明NH4Y3F10多孔纳米晶是一种性能优异的基体材料。这种新型基体材料已经成功应用于有机分子、小肽、C60、缺氧诱导因子(HIFs)和聚乙二醇的分子量的检测,显示出这种基体材料具有广泛的应用前景。     

多孔石墨烯材料

多孔石墨烯是指在二维基面上具有纳米级孔隙的碳材料,是近年来石墨烯缺陷功能化的研究热点。多孔石墨烯不仅保留了石墨烯优良的性质,而且相比惰性的石墨烯表面,孔的存在促进了物质运输效率的提高,特别是原子级别的孔可以起到筛分不同尺寸的离子、分子的作用。更重要的是,孔的引入还有效地打开了石墨烯的能带隙,促进了石墨烯在电子器件领域的应用。本文阐述了多孔石墨烯的一些基本性质和特性,并对其理论研究、制备方法和应用的研究进展进行了评述。其中,多孔石墨烯的制备方法主要包括光刻法、催化刻蚀法、化学气相沉积法、湿法刻蚀、碳热还原法、溶剂热法和自由基攻击法。多孔石墨烯优异的特性使其在能源储存与转换材料(锂离子电池、超级电容器、燃料电池等)、DNA分子检测、化学传感器、场效应晶体管、分子筛和海水淡化等领域具有非常广阔的应用前景。     

无机纳米与多孔材料合成中的凝聚态化学

所谓凝聚态,一般意义上是指液态和固态,而凝聚态化学,即是在固相和液相中的各种化学过程。在无机材料,特别是无机纳米与多孔材料的合成制备中,凝聚态化学过程贯穿其中,几乎无处不在。在固相材料合成过程中,通过液相中的各种化学反应以获得目标固体材料的所需组分和物相,也许就是无机材料合成中一个最基本的凝聚态化学问题;而多孔如微孔或介孔材料合成中,更涉及伴随组分和物相形成过程中的孔结构形成与调控;进一步,在制备面向实际应用如催化剂和药物载体时,则在以上的各项要求之外,还必须考虑材料的表面活性位、缺陷等关键因素,以及颗粒尺寸、分散性和形貌等几何和物理特性。本文以无机氧化物为对象,讨论了无机材料在凝聚态化学合成过程中的几个侧面,包括纳米颗粒和粉体的化学合成方法,多孔材料的合成和多孔复相结构的合成调控,以及多级孔结构沸石的合成制备与催化性能,以期能加深对材料合成中凝聚态化学过程的认识,并期待以凝聚态化学为指导,进一步推动无机材料特别是纳米多孔材料合成的发展。     

纳米Hg2Cl2/Al2O3有序阵列体系的制备和表征

纳米结构材料由于其独特的物理化学性质以及在微电子器件、光开关等方面的应用而备受关注. 多孔氧化铝由于具有孔径分布较窄、取向一致和孔密度高等优点而广泛用于模板制备纳米结构材料. 在多孔氧化铝中可以组装金属纳米粒子[1]、半导体纳米粒子[2]、导电高分子[3]以及碳纳米管[4]等.     

一步碳化多孔有机材料制备多孔碳及其性能的研究

开发并利用清洁的、可再生的能源是解决环境污染问题和能源短缺的有效方法.碳化含碳量较高的多孔有机材料制备的多孔碳,具有较高的比表面积,良好的物化稳定性,优良的机械性能等优点,在清洁能源的存储、分离、能量的存储与转化领域有广泛的应用.常见的由多孔有机材料制备多孔碳的方法主要是非活化碳化法和活化碳化法.不同的制备方法得到的多孔碳形貌,孔结构各不形同.多孔碳材料自身的结构性质可以影响其应用.合理的设计并调控多孔碳的“孔”,发挥孔尺寸的“筛分效应”可以有效地对气体进行存储和分离.在锂电等能量转化领域,“限域效应”是影响锂电性能的重要因素.多孔碳材料中较小的孔可以限域活性成分,而较大的孔可以快速传输,两种孔的协同效应可以使锂电性能大大提升.本综述系统地归纳了一步碳化多孔有机材料制备多孔碳的方法及其优势,详细地介绍了其在气体吸附、存储、分离以及电化学等领域的应用.最后,结合多孔碳材料的研究现状,提出由多孔有机材料制备多孔碳材料所面临的挑战,同时也展望了多孔碳材料的应用前景.     

多孔纳米羟基磷灰石/聚乙烯醇复合水凝胶的表征

本文通过采用溶盐致孔法,制备了多孔纳米羟基磷灰石／聚乙烯醇复合水凝胶材料。用透射电子显微镜、红外光谱、扫描电子显微镜和图像分析对材料进行了表征。结果表明纳米羟基磷灰石与聚乙烯醇之间有一定键合,并且多孔纳米羟基磷灰石／聚乙烯醇复合水凝胶中大孔呈均匀分布且相互贯通,复合水凝胶的含水率在80％左右。该种多孔复合水凝胶是可用于人工角膜支架,是一种很有开发前景的生物医用材料。     

碳热还原温度对耐高温纤维增强碳化硅多孔材料组织结构的影响

本研究目的是开发一种耐高温纤维增强碳化硅多孔块状材料。以纤维增强间苯二酚-甲醛/氧化硅复合气凝胶为前驱体,经过1 300~1 500℃碳热还原制备了纤维增强碳化硅多孔材料。采用XRD、SEM、TEM、氮气吸附孔结构分析仪和压汞仪对纤维增强碳化硅多孔材料的物相组成、微观形貌和孔结构进行了表征,结果表明:纤维增强碳化硅多孔材料由β-Si C和莫来石纤维组成,随着碳热还原温度的升高,样品中的Si C纳米晶颗粒团聚成大块,最终在1 500℃生成Si C晶须,升高碳热还原温度会导致样品中大孔的增多和纳米孔的消失以及比表面积的降低。热分析结果表明纤维增强碳化硅多孔材料在空气中的耐温性高达1 300℃。纤维增强碳化硅多孔材料的密度为0.330~0.345 g·cm-3,孔隙率在89%以上,室温下热导率为0.06~0.07 W·m-1·K-1。     

树枝状多孔二氧化硅纳米粒子的制备及其在先进载体中的应用

树枝状多孔二氧化硅纳米粒子具有中心辐射状孔道结构且孔道尺寸从粒子内部到粒子表面逐渐增加,是一种具有新颖结构的多孔材料。和传统的具有二维六方有序孔道结构的介孔二氧化硅粒子相比,这种粒子具有三维开放性的树枝状骨架结构,因而具有独特的结构优势,即高的孔渗透性和高的粒子内表面的可接触性,从而有利于物质（分子或纳米粒子）沿着中心辐射状的孔道进行输送,在树枝状粒子的内部负载或者与内部的活性位点发生反应。因此,这种粒子是一种很有前景的载体平台,可以用来构筑新型的吸附剂、纳米催化剂和基因药物的递送系统等。本综述首先介绍了一系列的合成方法和对树枝状骨架结构的调控策略,探讨了树枝状多孔结构对物理化学性能的影响,描述了其在催化、纳米生物医学、环境能源等领域的应用性能,并对树枝状多孔二氧化硅粒子的合成方向和应用前景进行了展望。     

碳热还原温度对耐高温纤维增强碳化硅多孔材料组织结构的影响（英文）

本研究目的是开发一种耐高温纤维增强碳化硅多孔块状材料。以纤维增强间苯二酚-甲醛/氧化硅复合气凝胶为前驱体,经过1 300~1 500℃碳热还原制备了纤维增强碳化硅多孔材料。采用XRD、SEM、TEM、氮气吸附孔结构分析仪和压汞仪对纤维增强碳化硅多孔材料的物相组成、微观形貌和孔结构进行了表征,结果表明:纤维增强碳化硅多孔材料由β-Si C和莫来石纤维组成,随着碳热还原温度的升高,样品中的Si C纳米晶颗粒团聚成大块,最终在1 500℃生成Si C晶须,升高碳热还原温度会导致样品中大孔的增多和纳米孔的消失以及比表面积的降低。热分析结果表明纤维增强碳化硅多孔材料在空气中的耐温性高达1 300℃。纤维增强碳化硅多孔材料的密度为0.330~0.345 g·cm-3,孔隙率在89%以上,室温下热导率为0.06~0.07 W·m-1·K-1。     

超极化 129Xe 核磁共振技术及其在多孔催化材料研究中的应用

 激光抽运和自旋交换的超极化 129Xe 核磁共振是近几年发展起来的一种新方法,它比普通 129Xe 核磁共振的检测灵敏度提高约104 ～105倍,是研究材料孔结构和孔内粒子分布的强有力工具. 本文介绍了超极化 129Xe 核磁共振技术并综述了其在多孔催化材料研究中的应用,特别是对催化反应中广泛使用的无机微孔和介孔材料中的应用进行了详细的讨论. 最后展望了此技术的应用前景.     

氮掺杂碳材料负载Pd纳米催化剂在有机反应中的最新研究进展

氮掺杂碳材料负载Pd纳米催化剂因其具有反应活性高、反应完成后便于分离和重复使用等优点,在催化领域引起了极为广泛的关注.简要综述了基于氮掺杂多孔/介孔碳NC、氮掺杂石墨烯NG、氮掺杂碳纳米管NCNT和氮掺杂碳纳米片NCNS等不同类型碳材料载体制备的负载型Pd纳米催化剂的合成与应用的最新研究进展,同时对氮掺杂碳材料负载Pd纳米催化剂的发展方向进行了展望.     

多面齐聚硅倍半氧烷研究进展

总结了多面齐聚硅倍半氧烷的研究进展,主要介绍了它的合成方法、合成机理和应用,着重介绍了它在二氧化硅模型、树枝状大分子、多孔材料以及聚合物纳米杂化材料中的应用。