超低介电常数介孔氧化硅薄膜的制备及其表征

研究了以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MeSi(OEt)₃)为混合硅源，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂，采取旋涂技术，在硅晶片表面制备出二氧化硅透明薄膜，再经过正硅酸乙酯(TEOS)蒸汽孔壁强化后采用线性升温焙烧法脱除薄膜孔道内的模板剂，制备出具有超低介电性能的氧化硅薄膜。使用FTIR、XRD和SEM对样品进行了结构表征，并采用阻抗分析仪测量了薄膜的介电常数(k)，纳米硬度计测量薄膜的弹性模量。介孔氧化硅薄膜在常温常湿条件下存放15 d后，介电常数     

以深度脱铁Fe-YNU-1分子筛为硅源制备Al-YNU-1及其形成机理

主要研究了以哌啶为模板剂,深度脱铁的Fe-YNU-1分子筛为硅源,采用后合成法制备Al-YNU-1分子筛及其形成机理. 通过考察铝含量、水含量、晶化时间和酸处理条件对形成Al-YNU-1分子筛结构的影响规律,发现Al-YNU-1分子筛骨架中的Al含量较以深度脱硼的B-MWW为硅源得到的样品提高了近一倍. 结果表明,Si源中存在大量晶格缺陷位、酸处理脱除Al-MWW层状前驱中大部分模板剂分子与大量骨架Al是形成Al-YNU-1分子筛的必要条件.     

介孔分子筛V-MCM-41的水热法制备与合成机理

 以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,廉价的工业级高模数比(3.3)的硅酸钠为硅源,通过水热法合成了V-MCM-41介孔分子筛. 考察了合成条件对产物织构的影响,并采用低温氮吸附法分析探讨了介孔分子筛V-MCM-41的合成机理. 结果表明,模板剂用量、 pH值、加料方式、晶化温度、晶化时间、陈化时间和焙烧气氛等合成条件对介孔分子筛的制备均有影响,其中晶化温度、 pH值和模板剂用量的影响最为明显. X射线衍射谱表明合成的介孔分子筛具有六方晶体结构. 红外光谱和紫外可见光谱表明V进入了介孔分子筛的骨架结构.     

无模板剂法制备沸石分子筛和分子筛膜的研究进展

随着新无机材料和处理技术的发展,无有机模板剂法制备沸石分子筛和分子筛膜得到了广泛的关注.与有模板剂法相比,无有机模板剂法保持了沸石晶体的结晶度和骨架结构,合成过程更加简单、廉价和绿色.尤其无模板剂二次生长法制备分子筛膜避免了分子筛膜在高温煅烧脱除模板剂过程中缺陷的产生.本文作者综述了国内外制备沸石分子筛和分子筛膜的研究进展,着重介绍了晶种诱导法、自发成核法和晶型转化法制备沸石分子筛,以及无模板剂二次生长法制备分子筛膜,分析了存在的问题和可能的解决措施,并对其发展趋势进行了展望.     

不同模板剂合成SAPO-34分子筛的表征与热分解过程研究

采用XRD、 SEM、 FT-IR、 TG-DTA等表征手段,对分别以正磷酸、拟薄水铝石和硅溶胶为磷源、铝源和硅源,用五种模板剂合成的SAPO-34分子筛进行了表征.不同模板剂合成的SAPO-34分子筛在晶粒粒度分布上有相当大的差异.通过TEAOH-Et3N或者TEAOH-Morpholine复合模板剂法可以有效地调节晶粒粒度.不同模板剂合成的SAPO-34分子筛的红外骨架振动相似;而模板剂分子与分子筛骨架的作用方式有区别.模板剂种类对SAPO-34分子筛骨架热稳定性没有影响,但对其热分解的行为有影响.     

胆碱和*BEA分子筛在硅锗铝IWR分子筛制备中的协同导向效应

分子筛的制备过程一般需要结构导向剂的参与.结构导向剂主要包括碱(土)金属离子、有机胺或季铵盐为代表的有机模板剂和固体晶种等三类.研究合成凝胶中不同结构导向剂之间的作用对于理解分子筛晶化机理意义重大.以往的研究大都集中在模板剂-模板剂、模板剂-碱(土)金属离子和模板剂-同晶之间的相互作用,迄今尚未有模板剂-异晶之间相互作用研究的报道.我们研究组首次发现模板剂和异晶在分子筛制备中存在协同导向效应.在硅锗铝IWR分子筛的合成中,我们考察了不同的季铵碱模板剂和铝源,发现只有使用胆碱作模板剂、*BEA分子筛作铝源才可以成功制得目标分子筛,相同条件下不加入*BEA分子筛或换用MOR、ZSM-5、MCM-22、USY分子筛及异丙醇铝等铝源都无法合成得到IWR分子筛.这说明*BEA分子筛在IWR分子筛的制备中起到了其他铝源所不具备的结构导向作用,因此我们称之为合成IWR分子筛的"异晶".为了研究胆碱和*BEA分子筛之间的相互作用,进而揭示模板剂-异晶协同导向制备分子筛的一般规律与反应机理,我们制备了不同晶化时间的IWR分子筛样品,使用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-拉曼光谱(UV-Raman)、固体核磁共振(MAS NMR)和N2物理吸附等手段对这些样品进行了表征.结果显示,加热过程中*BEA分子筛首先发生溶解解离, 72 h后该分子筛相完全消失;12 h开始出现CDO分子筛相,随着晶化时间延长, CDO分子筛先增多后减少,在24 h时达到最大值, 120 h时消失,说明该分子筛是晶化过程的一个中间相;IWR分子筛在12 h开始出现,此后结晶度不断升高,至168 h晶化完全.在上述表征的基础上,我们提出了模板剂-异晶协同导向制备IWR分子筛的晶化机理.IWR分子筛的晶化分为以下5个步骤:(1)*BEA分子筛溶解解离得到硅铝4元环、5元环和6元环等结构单元;(2)胆碱诱导形成硅锗5元环结构单元;(3)硅锗5元环组装生成CDO分子筛;(4)CDO分子筛溶解解离形成硅锗5元环;(5)*BEA分子筛导向的结构单元与胆碱导向的结构单元重组生成IWR分子筛.其中,步骤3和4是一对可逆反应,且可与步骤5同时进行;随着反应物原料的不断消耗,步骤5占据主导,从而导致CDO分子筛完全消失和IWR分子筛的结晶完成.由于胆碱只导向生成5元环结构单元,而构成IWR分子筛骨架结构的4元环和6元环只能由*BEA分子筛提供,因而模板剂和异晶在反应中都不可或缺,二者起到协同导向的作用.分析发现,*BEA分子筛与IWR分子筛具有共同的结构单元(4、5、6元环)和一定的结构相似性是其可以成为异晶、发挥协同导向作用的关键.上述协同导向法的关键在于模板剂和异晶分别导向生成部分结构单元,再经重组得到目标分子筛.这种方法有望用于合成通过传统水热法难以得到的分子筛,并且为新结构分子筛的开发提供新思路.使用协同导向法制备更多种类分子筛的研究正在进行中.     

以粉煤灰为原料制备NaP分子筛及其吸附性能

以粉煤灰为原料,经对粉煤灰高温焙烧活化和酸浸除杂后,提取其中硅铝组分作为制备分子筛的硅源和铝源,采用水热合成法制备NaP分子筛.通过优化除杂参数和合成制备参数调控NaP分子筛的晶体生长,得到了制备NaP分子筛的适宜条件为:SiO_2∶Al_2O_3∶Na_2O∶H_2O=1∶0. 5∶1. 66∶136,晶化温度和时间分别为120℃和8 h.通过XRD、SEM等表征测试手段研究分子筛的结构特征,并且采用Ni~(2+)和Ca~(2+)吸附实验对NaP分子筛进行性能评价,Ni~(2+)的去除率最大可达99.58%,Ca~(2+)交换能力达到373 mg/g.     

RUB-13分子筛的合成及其甲醇制烯烃催化性能

采用水热法合成RUB-13分子筛,探讨了有机模板剂(OSDA)、硅源、晶化温度和水硅比等制备条件对RUB-13分子筛晶体结构的影响,考察了RUB-13分子筛在甲醇制烯烃(MTO)反应中的催化性能。结果表明,采用1,2,2,6,6-五甲基哌啶(PMP)为有机模板剂、白炭黑为硅源,在晶化温度为170℃的条件下,选择H2O/Si比为100和80时可分别合成出高纯度的低硅铝比(Si/Al=100)和高硅铝比(Si/Al=200)的RUB-13分子筛晶体,且晶粒呈棒状形貌。H-Al-B-RUB-13(Si/Al=200)分子筛用于催化甲醇制烯烃反应时,在400℃下表现出高的低碳烯烃选择性(C2=-5选择性达97. 8%,丙烯选择性为54. 5%),优于传统的H-SAPO-34和H-ZSM-5分子筛催化剂。     

苯基改性的中孔分子筛SBA-15的合成及其磺化

 在酸性条件下用正硅酸乙酯(TEOS)和苯基三乙氧基硅(PTES)直接缩合制备了苯基改性的中孔分子筛Ph-SBA-15,并用紫外光谱、红外光谱、X射线衍射、透射电镜和核磁共振等对改性后的样品进行了表征. 结果表明,在300 ℃下焙烧后,模板剂被脱除,而苯基可完整保留,苯基改性的SBA-15分子筛具有有序结构. 进一步用氯磺酸磺化改性后,可得到苯磺酸化的分子筛,其酸度可达4.19 mmol/g.     

Sm-Al-MCM-41分子筛的合成与表征

以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂, Na2Si3O7为硅源,采用水热合成方法制备了双金属Sm-Al-MCM-41介孔分子筛,并用XRD, FT-IR, SEM, TG-DTA等方法对样品进行表征.结果表明该分子筛具有典型的MCM-41介孔分子筛特征.     

紫外/臭氧法在脱除沸石有机模板剂中的应用

选取LTA, FAU, BETA, MFI和MEL型沸石, 研究紫外/臭氧法在沸石有机模板剂脱除中的应用, 并与传统高温焙烧法比较, 考察两种方法对有机模板剂的脱除能力. 采用XRD, FT-IR, BET等方法对脱除模板剂前后的沸石样品进行表征, 结果表明紫外/臭氧法是一种低温有效除去沸石模板剂的方法. Beta, silicalite-1和silicalite-2沸石在紫外光照后相应的模板剂四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵和四丁基氢氧化铵已彻底脱除, A和Y型沸石中分别有27.5和6.2 wt%的四甲基氢氧化铵模板剂残留, 这主要是受其特殊β笼结构的限制而引起的.     

Preparation and photochromism of Keggin-type molybdphosphoric acid/silica mesoporous composite thin films

Using tetraethoxysilane and 3-aminopropyltriethoxysilane as the silica sources, amino-functionalized organic/inorganic hybrid mesoporous silica thin films with 2-dimensional hexagonal structure have been synthesized by evaporation induced self-assembly process in the presence of cetyltrimethyl ammonium bromide templates under acid conditions. The Keggin-type molybdphosphoric acid (PMo) is incorporated into the mesoporous silica thin films with amino-groups by wetness impregnation, and the PMo/silica mesoporous composite thin films are obtained. The results of X-ray diffraction (XRD), high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), and Fourier transform infrared (FTIR) spectra indicate the PMo molecules maintain Keggin structure and are homogeneously distributed inside mesopores. The composite thin films possess excellent reversible photochromic properties, and change from colorless to blue under ultraviolet irradiation. The photochromic mechanism of the composite thin films is studied by ultraviolet-visible (UV-vis), electron spin resonance (ESR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectra. It is shown that intervalence charge transfer (IVCT) and ligand-to-metal charge transfer (LMCT) are the main reasons of photochromism. PMo anions interact strongly with amino-groups of the mesoporous suface via hydrogen bond and electrostatic force. After ultraviolet irradiation, the charge transfer occurs by reduction of heteropolyanions accompanying the formation of heteropolyblues with multivalence Mo(VI, V), and the bleaching process of composite thin films is closely related to the presence of oxygen.     

低温加氢裂解脱除高硅ZSM-5分子筛内TPAOH模板剂

分子筛膜的合成和应用是近年来的研究热点, 特别是具有独特孔道结构的MFI 型分子筛膜. 但由于膜内有机模板剂在高温脱除时会导致膜产生缺陷, 进而影响分子筛膜的应用. 所以分子筛膜及分子筛晶体中有机模板剂的低温脱除工艺一直是研究者们致力解决的问题之一. 本文系统考察了高硅ZSM-5分子筛晶体内有机模板剂(四丙基氢氧化铵, TPAOH)在H₂/N₂气氛下的低温裂解脱除规律, 采用低温加氢裂解工艺, 在350 ℃以下可有效脱除分子筛晶体孔道内的有机模板剂. 通过对裂解后分子筛晶体的比表面积(BET)、热失重(TG)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱和拉曼光谱表征证实, 相比于空气和氮气气氛, 含氢还原性气氛更有利于模板剂的低温脱除, 脱除率随温度的升高而增加; 280 ℃时, 加氢裂解后晶体的BET比表面积已达到252 m²·g^-1, 仍有少量有机残余物; 350 ℃时, 加氢裂解后晶体的BET比表面积可达到399 m²·g^-1, 仅有微量无机碳残余物. 此外, 低温加氢裂解后的分子筛表面相对洁净, 且氨气程序升温脱附(NH₃-TPD)结果表明低温加氢裂解后的ZSM-5 分子筛晶体具有相对较多的酸性位.     

溶胶浸渍模板法制备有序多孔氧化钛、氧化锌薄膜

采用溶胶浸渍模板法制备了有序多孔的氧化钛(TiO₂)和氧化锌(ZnO)薄膜。首先，在洁净的玻璃基片上通过浸渍-提拉工艺组装有序的聚苯乙烯微球(PS)阵列模板；然后再采用溶胶浸渍法将TiO₂和ZnO溶胶灌充到PS模板微球的间隙内；最后通过煅烧去除PS而得多孔薄膜。采用SEM观察了薄膜的表面形貌，并用XRD对薄膜的性能进行了表征。结果表明，溶胶的浓度对薄膜形貌有着显著的影响。经煅烧后，TiO₂和ZnO薄膜分别为锐钛矿和六方纤锌矿结构。此外，对模板的组装及溶胶的灌注过程进行了分析。     

使用四乙基氢氧化铵作为有机模板剂和常规硅铝源直接合成SSZ-13沸石分子筛

使用四乙基氢氧化铵作为有机模板剂, 利用常规铝源和硅源而不需要高硅Y沸石作为起始原料, 同时加入适量的沸石晶种直接合成了SSZ-13沸石分子筛. 所合成的沸石产物结晶度好, 具有良好的水热稳定性, 并在氨选择性催化还原(NH₃-SCR)反应中显示出优异的催化性能, 为其在工业上广泛应用提供了可能.     

Fabrication of Ordered TiO2 Porous Thin Films by Sol-Dipping PS Template Method

Monolayer polystyrene spheres (∼400 nm) array templates were assembled orderly on clean glass substrates by dip-drawing method from emulsion of PS and porous TiO₂ thin films were prepared by using sol-dipping template method to fill TiO₂ sol into the interstices among the close-packed PS templates and then annealing to remove the PS templates. The effects of TiO₂ precursor sol concentration and dipping time in sol on the porous structure of the thin films were studied. The results showed pore size of the ordered TiO₂ porous thin film depended mainly on PS size and partly on TiO₂ sol concentration. The shrinkage of pore diameter was about 10% for 0.2 M and 20% for 0.4 M TiO₂ sol concentrations. X-ray diffraction (XRD) spectra indicated the porous thin film was anatase structure. The transmittance spectrum showed that optical transmittance of the porous thin film kept above 70% beyond the wavelength of 430 nm. Optical band-gap of the porous TiO₂ thin film (fired at 550^∘;C) was 3.12 eV.     

Oriented growth of TS-1 zeolite ultrathin films on poly(ethylene oxide) monolayer templates

Self-assembled monolayers of poly(ethylene oxide) (PEOM) were used as templates to direct the nucleation and subsequent oriented growth of TS-1 zeolite thin films. The resulting TS-1 zeolite thin films exhibited completely oriented crystalline domains with the 010 crystallographic direction parallel to the surface normal with a little deformation in the in-plane direction. Remarkably, the correlation length of the film is as extremely large as 1700 A (1200 A) in the out-of-plane (in-plane) direction. PEOM act as two-dimensional media for the nucleation and growth of highly oriented TS-1 zeolite thin films. This study demonstrates that the highly oriented TS-1 thin films can be achieved by using the inner parts of PEOM as templates.     

Effects of template and precursor chemistry on structure and properties of mesoporous TiO2 thin films

Mesoporous TiO2 thin films were synthesized by sol-gel processing using an aqueous-based, inexpensive, and environmentally friendly precursor and cationic surfactants as templates under mild reaction conditions. The films were prepared by spin-coating on glass substrates followed by calcination to remove the surfactant. N2 sorption, X-ray diffraction, and transmission electron microscopy were used to characterize the porosity, pore size, and pore structure before and after calcination. Films were found to have wormlike pore structures after calcination and surface areas on the order of 200 m2/g. These results show that the mesostructure and porosity of the thin films can be controlled by the surfactant template chemistry such as surfactant/Ti ratio, pH, and rate of solvent evaporation.     

预处理对丝素蛋白膜调控羟基磷灰石晶体生长的影响

以丝素蛋白膜为基质, 在模拟体液中诱导羟基磷灰石晶体在其表面沉积和生长. 利用XRD, SEM, HRTEM, AFM和FTIR等表征手段研究了不同预处理方法对羟基磷灰石晶体的形成及其微观形貌的影响. 结果表明, 丝素膜可有效地诱导羟基磷灰石晶体在其表面沉积和生长; 较长的矿化时间有利于形成较多结晶度良好的HAP晶体; 而不同预处理方法对丝素膜的表面结构产生了不同影响, 进而调制在其表面沉积的羟基磷灰石的形貌和生长方向. 同时对丝素蛋白膜调控羟基磷灰石晶体生长的机制进行了必要的探讨.     

Ordered porous ZnO thin films formed by dip-coating method using PS templates

Monolayer polystyrene spheres (∼400 nm) array templates were assembled orderly on clean glass substrates by dip-coating method from emulsion of polystyrene (PS). Porous ZnO thin films were also prepared by dip-coating method to fill the interstices among the close-packed PS templates with ZnO and annealing to remove the PS templates. Results showed that ZnO sol concentration and dipping time of PS templates in sol had great influences on the morphology of ordered porous ZnO thin films. There was a shrinkage ratio of about 30% from pore to PS. SEM observation showed that the PS array templates had face-centered cubic close-packing. X-ray diffraction (XRD) spectra showed the porous ZnO thin film was wurtzite structure. The optical transmittance decreased with decreasing wavelength of lights, but was kept above 80% beyond the wavelength of 550 nm. Optical band-gap of the porous ZnO thin film annealed at 500°C was 3.22 eV.