有序介孔碳材料的软模板合成、结构改性与功能化

有序介孔碳材料在吸附、分离、催化以及能量存储/转化等方面具有广阔的应用前景。相较于复杂的硬模板路线,基于两亲性嵌段共聚物和聚合物前驱体间（如酚醛树脂）自组装的软模板路线是合成有序介孔碳材料更为有效的方法。本文讨论比较了溶剂挥发诱导自组装法、水相协同自组装法和无溶剂法等三种典型软模板路线的基本过程和特点,并介绍了近年来在新型碳前驱体应用、介孔碳的结构改性和功能化等方面的一些重要进展,最后总结了介孔碳的合成研究中所需解决的关键问题。     

多阶有序多孔炭的软模板法合成与结构控制

多阶有序多孔炭材料综合了多种多孔炭材料的结构优点,在催化、吸附、储能、电化学等方面具有潜在的重要应用。多阶有序多孔炭材料的合成方法很多,到目前为止,模板法是控制孔结构和调节尺寸的最有效方法。在模板法中,软模板法因为其工艺简单、省时、成本低、环境污染小等优势,近些年来广泛被人们采用。用软模板法合成的多阶有序多孔炭包括:大孔-介孔炭,介孔-微孔炭,介孔-介孔炭,大孔-介孔-微孔炭等。本文对多阶有序多孔炭的软模板法合成与结构控制进行了综述。总结了软模板法在实现上述材料孔结构控制中的影响因素。     

模板法制备中孔碳材料

模板法为各种中孔碳材料的可控和定向合成开辟了一条新的技术途径,近几年来已经成为国内外材料制备领域研究的热点之一.中孔碳材料具有孔道排列规则有序、孔径分布窄和比表面积高等特点而被广泛应用于气体分离、催化剂载体、吸附、色谱分析、超级电容器以及燃料电池等很多方面.本文综述了近几年来国内外模板法制备中孔碳材料的研究进展,重点阐述了模板法的种类,中孔碳材料的合成机理、方法以及中孔碳材料在生物、催化和电子能源等领域的应用,并分析了模板法制备中孔碳材料的发展趋势,认为中孔分子筛模板法和软模板法是未来制备中孔碳材料的重要方向.     

有序介孔碳基金属复合材料的制备及催化应用

有序介孔碳基金属复合材料具有较大的比表面积、规整的孔道结构、良好的热稳定性及化学稳定性、活性金属组分分散度高以及粒径尺寸小等特点,广泛应用于非均相催化领域。常用的合成方法包括浸渍法、“一锅”法以及金属组分转移法等。本文综述了近年来有序介孔碳基金属复合材料的制备及其在非均相催化领域中的应用研究进展,重点阐述了介孔碳载体的介观结构调控、表面性质控制及限域效应等对所负载的活性金属组分的分散性、粒径大小,以及对反应物和产物扩散的影响,探讨了其在气相反应、液相反应和光电催化等领域的应用,并对有序介孔碳基复合材料的发展方向和应用前景进行了展望。     

磁性有序介孔炭的合成及新应用

有序介孔炭作为一类崭新的功能材料,因具有高比表面积、孔径分布集中、孔径结构可调、大孔容、高度热稳定性和机械稳定性等优异特性而备受瞩目,广泛应用于水体净化、催化及光、电、磁等领域。其极佳的生物相容性使其在药物负载领域有巨大的潜在应用价值。根据磁性有序介孔炭材料的最新研究动态和应用研究热点,本文综述了磁性有序介孔炭合成作用机理、药物负载效率和介孔结构(如比表面、孔容、孔径分布)制约因素。讨论分析了各种合成方法的优劣和孔结构参数制约载药量的研究瓶颈。并着重对磁性有序介孔炭在医药领域的新应用进行了阐述和评价。旨在为探讨磁性有序介孔炭在优化合成工艺技术参数、提高药物负载量和靶向释药应用趋势方面提供理论导向。     

两亲性嵌段共聚物导向合成有序介孔金属氧化物半导体材料

有序介孔材料作为一种结构稳定、高比表面积、孔径可调、孔壁易于修饰的新型纳米结构材料在基础研究与应用开发方面都引起了人们的关注.有关有序介孔材料的文献中,无定型介孔材料(如二氧化硅、碳材料等)报道占据了大约70%,主要是由于传统软模板剂(如小分子表面活性剂或者聚环氧乙烷-b-聚环氧丙烷基嵌段共聚物)能够胜任无定型介孔材料的合成.相比而言,常规软模板剂在合成具有独特物化性能(光、电、磁以及催化、气敏等特性)的晶态半导体金属氧化物介孔材料方面面临很大的挑战.近年来,随着学科交叉发展以及高分子界研究人员加入无机多孔材料领域,一系列新型嵌段共聚物模板剂(例如具有高残碳率、高玻璃化转变温度和络合能力的嵌段共聚物)相继被合成并用于合成新型多孔材料,特别是这些模板剂在诱导组装合成有序介孔金属氧化物材料方面的研究取得了突出进展.本文从聚合物模板剂的制备与组装出发,围绕金属氧化物前驱体与模板剂之间的相互作用,系统综述了两者组装的作用机理和组装行为.深入探讨并总结了常见的三大组装方式:金属无机盐-聚合物模板、金属簇化合物-聚合物模板、金属纳米晶-聚合物模板组装,详细阐述了聚合物模板在合成有序介孔金属氧化物中的组装机理以及微观结构调控规律,并分析了聚合物模板诱导合成有序介孔金属氧化物未来宏量制备面临的机遇与挑战.鉴于其丰富的物化特性和新颖的介孔结构,有序介孔金属氧化物将逐步成为纳米光电器件、纳米催化载体以及化学传感的核心材料.     

片/板状短孔道SBA-15的控制合成及应用

有序介孔材料家族中,SBA-15因具有较大的孔径尺寸、规则可调的孔道结构以及卓越的机械和水热稳定性而备受关注。最近,片/板状短孔道SBA-15由于更有利于分子快速扩散和质量传递成为介孔材料研究领域的热点。目前合成片/板状短孔道SBA-15的主要方法有有机物辅助、金属离子诱导及多重模板剂协同效应。根据不同类别添加剂的作用机制,本文综述了片/板状短孔道SBA-15的控制合成方法及其在催化、吸附和生物分子固定等不同领域的最新进展,并对其应用前景进行了展望。     

聚合物基模板制备中空介孔材料

中空介孔材料,尤其是硅基和碳基中空介孔材料,由于其孔道结构丰富、孔径可调、高比表面积、可容纳客体分子、良好的热稳定性和化学稳定性等特点已被广泛应用于催化、能量储存等众多领域。模板法是目前为止制备中空介孔结构最有效的方法之一,其最大特点是可以通过对模板的调控来实现对中空介孔结构的控制。聚合物基模板种类繁多,主要包括嵌段共聚物、聚合物乳胶粒、天然/合成生物大分子及复杂结构高分子等;与传统的表面活性剂/无机氧化物模板相比,其自组装形态更加丰富,结构更易进行功能化修饰。同时,以聚合物为模板的合成反应条件更加温和可控,更有利于合成形态各异、功能丰富的中空介孔材料。本文综述了近年来不同聚合物基模板合成中空介孔材料的研究进展,并着重介绍了贵金属粒子负载的中空介孔材料在催化载体领域的应用;同时,指出了当前阻碍中空介孔材料发展的问题,并对其在催化领域的应用前景进行了展望。     

有序介孔材料: 历史、 现状与发展趋势

有序介孔材料是指孔径在2~50 nm之间的多孔材料, 是一类具有均匀孔径、 高有序度纳米孔道和高比表面积的新材料. 在过去30年里, 有序介孔材料的研究取得了长足的进步, 在可控合成、 结构设计和调控及功能化等方面形成了系统的理论. 同时, 其应用领域也不断被拓展, 包括能源存储与转化、 催化、 生物医药和传感等方面. 本文首先回顾了有序介孔材料的发展历史, 简要介绍发展过程中“里程碑式”的研究工作; 然后根据构效关系总结了其在不同领域应用的最新进展; 最后讨论了有序介孔材料领域进一步发展所面临的挑战与机遇, 并对未来前景进行了展望.     

"面包圈"状高有序度大孔径介孔分子筛SBA-15的合成

介孔材料因其高度有序的大孔径、较佳的催化吸附性能、良好的电磁性质及易于剪裁而引起人们极大的兴趣[1～9].人们已相继合成了介孔氧化硅薄膜[3,10]、球[12]、空心球[4,13]和纤维[12～15]等,并设法控制中孔材料晶体外貌[3～9,15～21].最近,我们报道了利用多相组装和无机晶体(如NaCl,LiCl)作大孔结构导向剂的方法[16],合成了人造"珊瑚"状介-大孔氧化硅膜[13].Lin等[17]用共表面活性剂法在丁醇存在下合成了多组有序结构的介孔氧化硅空心球; Shio等[21]在完全溶解的硅酸钠和阳离子表面活性剂溶液中,合成了细棒状介孔氧化硅粉末.本文报道一种控制介孔材料颗粒外貌和形状的新方法,即共溶剂法,并以此法合成了高有序度、大孔径、 "面包圈"状介孔氧化硅SBA-15.这种新材料有望在微加工、催化、生物分离、电子器件的矿化、色谱载体等方面得到应用[1～9].     

功能化介孔材料在环境领域的应用研究进展

介孔材料是一种具有较大比表面积和高度有序孔道结构的材料,而功能化介孔材料是将介孔材料改性而使其具有不同的功能。这种材料由于具有极好的吸附和催化性能而被广泛应用于环境领域中。本文总结了功能化介孔材料的制备方法,包括引入官能团、掺杂金属和酸改性;探讨分析了几种制备方法下的功能化介孔材料的特点和应用前景;重点介绍了功能化介孔材料在吸附重金属、有机污染物、染料、CO2以及催化领域的研究进展;最后展望了未来功能化介孔材料的应用前景和发展趋势,以期为功能化介孔材料的发展提供参考和指明方向。     

介孔材料孔道内进行的自由基聚合反应研究进展

介孔材料具有孔道大小均匀、排列有序、高比表面积、孔径连续可调的特性,主要应用在催化、吸附、分离、传感器以及光、电、磁等许多领域.近年来,研究人员利用其空旷的孔道作为聚合"微反应器",在其内部进行了许多类型的聚合反应.综述了近二十年来在介孔材料孔道内烯类单体进行的自由基聚合反应,包括常规的自由基聚合反应和活性聚合反应,讨...     

超大孔分子筛,十年再回顾

沸石分子筛是一类重要的具有明确孔道结构以及催化位点的结晶孔材料. 但是由于其微孔开口的本质限制了其在大分子吸附与转化方面的应用. 10年前, 西班牙ITQ研究所的Corma教授、 吉林大学于吉红教授以及本文通讯作者发表了一篇关于超大孔分子筛的历史回顾文章. 该文从超大孔分子筛的合成、 结构、 假想结构以及催化性能等方面进行了综述. 这一类材料填补了传统沸石分子筛和有序介孔材料之间的孔径缺口. 在最近10年中, 多种新型超大孔分子筛以及新颖的合成方法陆续被报道. 本文对该方向近10年中的研究进行了综合评述.     

超大孔分子筛,十年再回顾（英文）

沸石分子筛是一类重要的具有明确孔道结构以及催化位点的结晶孔材料.但是由于其微孔开口的本质限制了其在大分子吸附与转化方面的应用. 10年前,西班牙ITQ研究所的Corma教授、吉林大学于吉红教授以及本文通讯作者发表了一篇关于超大孔分子筛的历史回顾文章.该文从超大孔分子筛的合成、结构、假想结构以及催化性能等方面进行了综述.这一类材料填补了传统沸石分子筛和有序介孔材料之间的孔径缺口.在最近10年中,多种新型超大孔分子筛以及新颖的合成方法陆续被报道.本文对该方向近10年中的研究进行了综合评述.     

微乳液法制备介孔碳材料

介孔碳材料因具有高比表面积,规则的孔隙结构,低密度,良好的生物相容性及导电性,被广泛应用于催化、能量储存及转化、吸附分离和药物递送等领域。微乳液法具有制备工艺简便、环境友好、可大规模生产及产物结构可控性强等突出优势,在制备孔隙结构可控和特殊形态介孔碳方面取得突破性的进展。本文首先着重分析了微乳液法制备介孔碳的反应机理,包括微乳液诱导协同组装机制、乳液溶胀效应和微流控液滴技术。其次,进一步探讨了控制介孔碳材料孔隙形态、外部形貌及内部结构的影响因素。最后,对新型介孔碳材料在能源储存与转化、催化、吸附以及药物递送领域的应用进行了归纳,并对未来的发展提出了展望。     

原位法棒状有序介孔碳的制备及表征

采用原位模板法(软模板),以可溶性酚醛树脂(苯酚-甲醛)为碳源、三嵌段共聚物(F127)为结构导向剂、水热合成了形貌可控制的棒状有序介孔碳.利用XRD、TEM、N_2吸附-脱附法和拉曼光谱法等方法对材料的结构和形貌进行表征.结果表明,当水热温度180℃时,所合成的有序介孔碳具有明显的棒状形貌,而且良好的有序度,比表面积较大,长度均为400~500nm.     

有序介孔碳负载Fe、Co、Ni纳米晶的软模板合成及其表征

报道了在有序介孔碳基体中一步合成负载Fe、Co、Ni纳米晶的方法. 以间二苯酚和甲醛为碳源, F127为模板剂, Fe、Co、Ni的硝酸盐为前驱体, 通过软模板组装路线在酸性条件下合成了负载型有序介孔碳复合材料. 采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和氮气吸附等手段对所合成材料进行了表征. 结果表明: 合成的材料具有类似于SBA-15的有序介孔结构, 有序介孔碳负载Fe、Co、Ni纳米晶复合材料的比表面积分别为586、626和698 m²·g^-1. XRD和TEM表征结果证实了金属物种以高分散纳米晶的形式分布在介孔碳基体中.     

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。     

硅藻土辅助制备有序介孔碳及其电催化性能

以共聚物F127 为软模板, 酚醛树脂为碳源, 引入硅藻土充当暂态支架, 在不同硅藻土与酚醛树脂质量比下, 用蒸发自组装法合成有序介孔碳材料. 利用XRD, TEM, N₂ 吸附-脱附对其结构进行表征, 结果显示, 与单一软模板相比,在硅藻土辅助下获得的介孔碳材料不仅具有高度有序的孔道, 还具有更大的比表面积(717～773 m²·g^-1)和孔径(3.9～11.3 nm). 依据原料比例与介孔碳结构两者间的变化规律, 初步探讨了硅藻土在制备中所起的辅助作用. 采用微波多元醇还原法制备介孔碳载Pt 电催化剂, 在甲醇溶液中进行循环伏安测试, 发现比表面积的增大有利于碳材料的电催化性能提高, 当硅藻土与酚醛树脂的比例为0.5 时, 制备出的有序介孔碳比表面积最大, 载Pt 后呈现的正向氧化峰电流也最大.     

利用嵌段共聚物及无机盐合成高质量的立方相、大孔径介孔氧化硅球

使用非离子型嵌段高分子表面活性剂为模板剂,在无机盐的作用下,合成了直 径在2～4 mm、高度有序、立方相的介孔氧化硅SBA-16球。利用无机盐来调变无机 /有机物种之间的作用力和自组装能力,不仅在介观尺寸上提高了所合成介孔材料 的有序程度,而且在宏观上控制了介孔材料的形貌。经焙烧后的SBA-16球材料比表 面积为750 m~2/g,孔容为0.52 cm~3/g,孔径为7.8 nm。具有大孔径的SBA-16球材 料可以更方便地应用于大分子吸附和分离等领域。