二次纳米自组装大孔氧化铝贯穿孔道的NSA形成机理

采用纳米自组装法合成的大孔氧化铝催化材料FA-06, 具有1.39 mL·g^-1的孔容、297 m²·g^-1的比表面积、32.4 nm的最可几孔径和81.85%的孔隙率, 孔道集中分布于10~30 nm和30~60 nm的比例分别占35.61%和40.88%。GPC结果表明, 对于形成反相超增溶胶束的高聚物RHP, 可通过改变聚异丁烯马来酸酐(PIBSA)的量来控制其分散度和相对分子量, 进而控制大孔氧化铝的孔道结构。TEM及SEM结果表明, 纳米自组装氢氧化铝棒长600~800 nm, 直径为250~300 nm, 经550.0 ℃焙烧后, 形成直径为150~300 nm, 长度为400~600 nm的纳米氧化铝棒。从焙烧后的纳米自组装氢氧化铝的XRD结果证明了3种γ-Al₂O₃的前躯体完全转化为γ-Al₂O₃。结合TG的结果, 表明在605.0 ℃时, 拟薄水铝石完全转化为γ-Al₂O₃, 总失重可达61.88%。基于以上实验结果, 模拟了反向超增溶胶束、氢氧化铝及大孔氧化铝的分子自组装和纳米自组装的形成过程, 并提出了纳米自组装大孔氧化铝贯穿孔道的NSA(Nano Self-Assembly)形成机理。     

二次纳米自组装大孔氧化铝贯穿孔道的NSA形成机理

采用纳米自组装法合成的大孔氧化铝催化材料FA-06,具有1.39 mL·g^-1的孔容、297 m²·g^-1的比表面积、32.4 nm的最可几孔径和81.85%的孔隙率,孔道集中分布于10~30 nm和30~60 nm的比例分别占35.61%和40.88%。GPC结果表明,对于形成反相超增溶胶束的高聚物RHP,可通过改变聚异丁烯马来酸酐(PIBSA)的量来控制其分散度和相对分子量,进而控制大孔氧化铝的孔道结构。TEM及SEM结果表明,纳米自组装氢氧化铝棒长600~800 nm,直径为250~300 nm,经550.0℃焙烧后,形成直径为150~300 nm,长度为400~600 nm的纳米氧化铝棒。从焙烧后的纳米自组装氢氧化铝的XRD结果证明了3种γ-Al₂O₃的前躯体完全转化为γ-Al₂O₃。结合TG的结果,表明在605.0℃时,拟薄水铝石完全转化为γ-Al₂O₃,总失重可达61.88%。基于以上实验结果,模拟了反向超增溶胶束、氢氧化铝及大孔氧化铝的分子自组装和纳米自组装的形成过程,并提出了纳米自组装大孔氧化铝贯穿孔道的NSA(Nano Self-Assembly)形成机理。     

超增溶胶团自组装合成纳米氧化铝

应用超增溶胶团纳米自组装原理,以硝酸铝和尿素为熔盐,聚异丁烯马来酸三乙醇胺为表面活性剂制备超增溶氢氧化铝胶团,然后以氢氧化铝为前躯体合成纳米氧化铝.采用BET、压汞法、SEM、TEM和XRD方法对合成的氧化铝进行表征.结果表明,纳米氧化铝粒子形状为球形体或棒状体,孔道在几十纳米到几百纳米,粒度分布均匀且纯度较高.     

α-Fe2O3纳米立方体和纳米棒组装空心微球的可控合成及其磁学性能

在0．15mol／L Clˉ和0．05mol／L SO4^2-的存在下,通过Fe^3＋溶液140℃水热反应12h分别得到α—Fe2O3纳米立方体和α-FeOOH纳米棒自组装的微球,将得到的α-FeOOH纳米棒自组装微球经600℃热处理2h后转化为α—Fe2O3纳米棒组装空心微球．利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和红外光谱对所得产物进行表征和分析．结果表明,所制备的单分散的α-Fe2O3纳米立方体为六方单晶结构,其边长为500nm．直径为2～4．5μm的空心微球是由直径约150nm的α-Fe2O3纳米棒组装而成．研究了Clˉ和SO4^2-在纳米立方体和空心微球形成过程中的作用,提出了可能的生长机理．在室温下测试了α-Fe2O3纳米立方体和α-Fe2O3纳米棒自组装微球的磁学特性,其矫顽力和剩余磁化强度分别为2858.3 Oe（1 Oe=79．58 A／m）和0．195emu．g^-1（1 emu．g^-1=15．7914×10^-9 A·m^2·kg^-1）,218．87 Oe和0．071 emu．g^-1．     

第三次纳米自组装制备大孔主客体催化材料

本文提出了第三次纳米自组装的正向胶束、反向胶束法,并利用其制备了一种大孔主客体催化材料．以二次纳米自组装Al2O3为主体,根据压汞法,正向胶束法制备的催化材料孔容为0．62～0．80cm^3／g、比表面积为123～137mZ／g、平均孔径为20～23．3nm,孔径分布大于30nm范围的可达58．69％,堆积密度为0．43—0．55g／cm^3,活性金属负载量可达36．99％;由氮气吸附法,反向胶柬法制备的催化材料具有0．74cm^3／g的孔容、262m2／g的比表面积、11．8nm的平均孔径．结果显示,活性金属以球形或棒状的结晶态存在于主体表面,其中,正向胶束法中为直径2-3nm的微晶态纳米粒子,反向胶束法中为直径0．1μm、长1-2．5μm的棒状体．采用催化裂化柴油和催化裂化重循环油（1：2,体积比）混合而得油品对FA．Z20进行50h加氢评价实验,其单位体积活性金属的脱硫率、脱氮率、脱芳烃率（四环、五环）分别为参比剂的4．6、2．1和4．7倍,初活性良好,具有较强的抗结焦性能．     

介孔二氧化硅空心纳米蠕虫的制备

用L-苯丙氨酸衍生物的自组装体作为模板,四甲基氢氧化铵为催化剂,经溶胶-凝胶过程,制备出蠕虫状介孔二氧化硅纳米空心结构材料.表征结果显示,该二氧化硅的长度约为100～150nm,直径约30～50nm.介孔孔道平行于壳的表面,孔径为3.8nm.     

水玻璃为原料在开放体系中快速合成介孔材料MCM-41

自从 M41 S系列硅基介孔分子筛被人工合成以来[1,2 ] ,有关分子筛的合成、性能、形成机理、结构和应用等方面的研究报道不断出现[3～ 5] .目前 ,由有机 -无机离子经分子水平的自组装结合而产生介孔材料的合成机理主要归结于在合成过程中表面活性剂的模板效应 ,如液晶模板机理[1,2 ] 、棒状自组装模型[6 ] 、电荷匹配机理[7] 、层状折皱模型[8] 和使用非离子表面活性剂合成介孔材料等效应[9] .本文以水玻璃作为硅源 ,以十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB)阳离子表面活性剂为模板剂 ,在温和条件下 ,采用开放体系合成出具有 MCM-4 1结构特点的介…     

纳米自组装γ-Al_2O_3孔隙结构的核磁共振表征

纳米自组装γ-Al_2O_3具有两种纳米级孔道,可作为适合于大分子扩散的催化剂载体,也可用于页岩气藏模型。表征纳米材料孔隙结构的方法有扫描电镜、氮吸附法及压汞法等,各有局限。本文利用核磁共振弛豫测量对纳米自组装γ-Al_2O_3孔隙结构进行研究和定量表征,并通过核磁共振实验和数值模拟对纳米自组装γ-Al_2O_3表面弛豫强度及孔径分布进行探索。结果表明,数值模拟核磁弛豫表征的纳米自组装γ-Al_2O_3的主体孔径为5-7 nm和30-42 nm,核磁弛豫实验通过误差函数法表征的主体孔径为5-9 nm和29-47 nm。相比于氮吸附仅表征微孔介孔及部分大孔,不能表征大于100 nm孔径,压汞法描述小于10 nm孔径相对不准确等问题,核磁弛豫能够全面表征2.8-315 nm纳米自组装γ-Al_2O_3的双峰孔隙系统。三个样品S-1、S-2、S-3的横向弛豫时间T_2谱小孔大孔波峰的信号幅度比0.603、1.15、1.84直接反映各自的化学小孔大孔氧化铝投料比0.85、1.38、1.7的变化。建立的表征方法可以应用于页岩气微观结构和机理研究中,前景广阔。     

二氧化钛纳米晶溶胶内渗透电极对染料敏化太阳能电池的光伏性能的提高

以自制的过氧钛酸(PTA)水溶液为前驱体,用水热法制备了透明锐钛矿相二氧化钛溶胶.无需有机添加剂可得到直径小于7 nm的棒状二氧化钛纳米晶溶胶.通过将溶胶内渗透到染料敏化太阳能电池(DSSCs)的多孔二氧化钛电极后,消除了多孔电极内的大孔并改善了电极内纳米晶之间的连通性.用扫描电子显微镜(SEM)和光学轮廓仪对溶胶内渗透后的光阳极进行了表征.结果表明:小颗粒棒状二氧化钛纳米晶附着在多孔的二氧化钛表面,填充了电极由于烧结产生的大孔,并在多孔的二氧化钛内部形成了有利于电子传输的网络结构.与未经处理的多孔电极相比,改性后的光阳极组装成染料敏化太阳能电池后光电转化效率提高了64%.     

以手性两亲小分子自组装体为模板制备介孔二氧化硅空心球

合成了手性阳离子型两亲性小分子化合物,利用圆二色谱分析了其在水中形成的自组装体的结构;以该化合物的自组装体为模板,在正丙醇和氨水的混合溶剂中制备得到了介孔二氧化硅空心球;利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪以及氮气吸附-脱附试验装置分析了二氧化硅空心球的形貌及孔结构.结果表明,两亲性小分子在水中形成的自组装体呈现手性堆积;合成的介孔二氧化硅空心球的直径约为600~800nm,壁厚约为100~150nm,其孔道垂直于球的表面,孔径约为3.0nm,比表面积约为306m2·g-1.正丙醇作为模板控制二氧化硅空心球的空腔尺寸和形貌,而两亲性小分子的自组装体作为模板控制放射状孔道的形貌和尺寸.     

喷雾干燥辅助表面活性剂自组装制备新型SiO2介孔材料

将喷雾干燥辅助表面活性剂自组装应用于介孔SiO₂材料的合成, 先后制备了2种无机SiO₂ 介孔材料(PW-P和PW-C)和2种苯基修饰的有机-无机SiO₂介孔材料(Ph-PW-C和Ph-PW-C-S), 结合XRD, BET, SEM和TEM等表征, 初步讨论了喷雾干燥过程中表面活性剂种类、硅源以及反应介质的酸碱性对所制备材料的表面组成和形貌、比表面积、孔容以及孔道结构等的影响.     

氩吸附法研究多级孔分子筛的孔结构

采用不同方法分别制备了双介孔分子筛、介微孔分子筛及介孔沸石材料,利用氩吸附法并结合XRD技术表征了多级孔分子筛的孔结构。探讨了适用于多级孔分子筛的孔径分布计算方法,揭示了不同类型吸附等温线与孔径分布、孔型及孔容等之间的关系。研究表明,对于多级孔分子筛、微孔和介孔的孔径分布分别用SF法和BJH法计算较适宜,全孔分析可用NLDFT法计算。通过对TS-1介孔沸石的孔结构分析发现, TPAOH 在改性制备介孔TS-1的过程中起到了生成介孔及促进二次晶化的双重作用。     

Facile synthesis of highly ordered mesoporous ZnTiO3 with crystalline walls by self-adjusting method

Highly ordered mesoporous ZnTiO(3) with crystalline walls was directly prepared by a sol-gel process combined with evaporation induced self-assembly in ethanol, using amphiphilic triblock copolymers as structure directing agents. The whole process is self-adjusting to organize the network-forming metal oxide species without additional acid or base. The mesoporous material is pure cubic-phase ZnTiO(3) and has large surface area (up to 134 m(2)/g), large pore volume (0.17 cm(3)/g), and narrow pore size distribution (3-4.5 nm). The optic behavior was systematically studied, which is very helpful to understand the mesoporous ZnTiO(3) material either in fundamental study or for potential applications in optics and catalysis. This work provides a "self-adjusting" approach to fabricate the mesoporous functional materials with diverse compositions: the diverse hydrolysis-condensation kinetics of various metal oxides is homogenized to yield stable multicomponent precursors. The development of such a simple, versatile, and reproducible method is important for applications in practice.     

Large pore volume mesoporous aluminum oxide synthesized via nano-assembly

A new nano-assembly approach has been proposed for the preparation of macropore volume mesoporous aluminum oxide supports. Secondary nano-assembly and a frame structure mechanism for large pore volume mesoporous supports have been proposed. In a primary nano-assembly supersoluble micelle, aluminum hydroxide nanoparticles were precipitated in situ in surfactants with a volume balance (VB) less than 1, followed by secondary nano-assembly in linear and cylindrical shapes. The secondary nano-assembly of cylindrical aluminum hydroxides was calcined to form nano cylindrical aluminum oxides. For the formation of macropore volume mesoporous supports, we utilized a frame structure mechanism of mesoporous support, in which the exterior surface of the carrier may not be continuous. This macropore volume support has been used for the hydrotreatment of a residual oil catalyst, which possesses the following physical characteristics: pore volume 1.8–2.7 mL·g⁻¹, specific surface area 180–429 m²·g⁻¹, average pore diameter 17–57 nm, average pore diameter more than 10 nm (81%–94%), porosity 87%–93%, and crush strength 7.7–25 N·mm⁻¹.     

反应吸附脱硫中有序介孔Cu-ZnO-l2O3吸附剂提高其饱和硫容

目前汽柴油中的含硫化合物是造成酸雨和PM2.5的重要原因之一.随着污染的日益严重,对汽柴油的深度脱硫受到越来越多的关注.环境保护组织颁布了较为严格的法律措施,规定硫含量低于10 ppm.然而,传统的加氢脱硫工艺(HDS)很难满足在深度HDS的同时辛烷值损失较少.为了减少辛烷值损失,脱硫技术和催化剂应具有较好的选择性.因此,在FCC汽油升级的过程中,减少辛烷值损失的超深度脱硫工艺是重要研究课题之一.目前,一些新型的深度脱硫技术包括吸附脱硫、氧化脱硫和生物脱硫.其中吸附脱硫具有高选择性、低能耗等优点,而反应吸附脱硫则被广泛研究和工业化生产.常见Ni/ZnO吸附剂利用高空速控制辛烷值损失,但频繁的再生过程影响催化剂的稳定性.目前,一种新型的Cu/ZnO吸附脱硫剂用于固定床中,具有较高的脱硫活性、稳定性和高选择性.目前,铜基吸附剂面临着ZnO的饱和硫容、稳定性及活性组分Cu结焦问题.Al2O3作为稳定剂可以提高反应活性和稳定性,其中有序介孔能够提供较大的比表面积、孔径、规整的孔结构和较好的分散活性组分的能力,从而有利于分子之间的扩散.本文利用一步溶剂蒸发自组装法合成了具有有序介孔的Cu-ZnO-Al2O3吸附剂.SXRD/WXRD结果,证实合成了具有有序介孔结构的Al2O3,且添加Cu和Zn物种后,其结构并未发生改变,但当Zn的添加量达到25 wt%时,其有序介孔结构发生改变.有序介孔的Cu-ZnO-Al2O3吸附剂具有较高的比表面积、孔容及孔径,添加过量的ZnO后,其比表面积明显降低.TEM和AADF-STEM结果发现,所制Cu-ZnO-Al2O3吸附剂具有规则的介孔结构,并且Cu,Zn,Al和O分散均匀,与XRD和BET结果一致.热重结果表明,有序介孔Cu-ZnO-Al2O3吸附剂具有较好的热稳定性.通过与商业Cu-ZnO-Al2O3吸附剂进行对比,有序介孔Cu-ZnO-Al2O3吸附剂具有较高脱硫活性、饱和硫容及稳定性.     

Using Polymer-Colloid Complexes for Obtaining Mesoporous Aluminium Oxide by the Template Sol-Gel Method

The paper reports the results of using polymer-colloid complexes in solutions in order to control textural properties of mesoporous aluminium oxide in the sol–gel synthesis process. Polyethyleneimine, cetyltrimethylammonium chloride, as well as a polymer-colloid complex formed by their interaction in the solution were used as pore-forming templates. The mesoporous aluminium oxides synthesized in this work had a narrow pore size distribution and a large surface area. The application of different templates made it possible to affect the mechanism of supramolecular self–assembly of materials, namely by controlling the pore sizes. When the polymer-colloid complex was used as the template for the formation of aluminium oxide nanostructures, 6 nm cylindrical pores were formed, while using individual templates led to the formation of 8–13 nm mesopores. Identifying the formation mechanism of a certain pore type will make it possible to use these materials in specific reactions.     

Fabrication of sulfonated mesoporous carbon by evaporation induced self-assembly/carbonization approach and its supercapacitive properties

Synthesis of functionalized mesoporous carbon by an easy-accessed method is of great importance towards its practical applications.Herein,an evaporation induced self-assembly/carbonization(EISAC) method was developed and applied to the synthesis of sulfonic acid group functionalized mesoporous carbon(SMC).The final mesoporous carbon obtained by EISAC method possesses wormlike mesoporous structure,uniform pore size(3.6 nm),large surface area of 735 m²/g,graphitic pore walls and rich sulfonic acid group.Moreover,the resultant mesoporous carbon achieves a superior electrochemical capacitive performances(216 F/g)to phenolic resin derived mesoporous carbon(OMC,152 F/g)and commercial activated carbon(AC,119 F/g).     

高效SnO2纳米片催化剂用于CO氧化

SnO2是一种具有丰富表面缺位氧的n型半导体,其晶格氧亦可还原.另外其熔点高达1630oC,具有较高的热稳定性能.在过去的几十年中, SnO2主要用作气敏材料.而其作为催化材料的性能,特别是用于大气污染治理则鲜见报道.在过去的几年中,本课题组系统研究了SnO2的催化化学,发现利用传统共沉淀法制备的SnO2纳米粉末,在焙烧温度高于500 oC时,其比表面积通常低于20 m2/g,因而限制了其氧化活性.在SnO2晶格中掺杂Fe、Cr、Mn、Ce和Ta等形成固溶体可有效提高其比表面积并产生更多的活性氧物种,因而其对CO和CH4的氧化活性及稳定性大幅度提高.本课题组近期研究结果表明,采用熔盐法制备的高纯SnO2纳米棒单晶比SnO2纳米颗粒和纳米微球等具有更优异的CO氧化活性,260 oC即可完全氧化CO.且在240–260 oC狭窄温度区间发生转化率突跃,表现出类似贵金属的催化行为.值得指出的是, SnO2纳米棒的比表面积(1 m2/g)远低于其他几种形貌的材料,且无活泼氧存在.但研究表明SnO2纳米棒具有优先暴露的(110)活泼晶面,是导致其活性优良的主要原因.另外,我们采用简单共沉淀法成功制备了高比表面介孔Cu-Sn复合氧化物纳米片(196 m2/g),其在140 oC即可将CO完全氧化,且具有优良的抗水失活性能.因此, SnO2的形貌是影响其催化活性的主要因素之一,但迄今未见较系统深入的研究.在上述工作基础上,本文通过水热法,不添加任何有机模板剂,成功制备了厚度约10 nm的介孔SnO2纳米片和纳米棒及纳米颗粒混合物样品;采用常规共沉淀法制备了SnO2纳米颗粒.并将以上三种不同形貌的SnO2纳米材料用于CO氧化.利用SEM、XRD、N2吸附-脱附、H2-TPR和XPS探讨了不同形貌SnO2催化剂的体相结构和表面性质及其对催化性能的影响.与SnO2纳米颗粒相比,介孔SnO2纳米片具有高的比表面积、孔体积及更活泼的氧中心,因此后者CO氧化活性远高于前者.在空速18000 mL/(g·h)时, SnO2纳米片在260 oC即可完全氧化CO.而SnO2纳米颗粒的CO完全氧化温度高于360 oC. SnO2纳米棒和纳米颗粒的混合样品虽然其比表面积和孔体积及表面活性氧的活性仅略高于SnO2纳米颗粒,但XRD定量结果表明,其具有更多的暴露(110)活泼晶面,因而活性也高于SnO2纳米颗粒. SnO2纳米片催化剂的寿命及抗水性能测试结果表明,该催化剂具有良好的稳定性,且水蒸气仅对其活性产生可恢复的影响.进一步优化其性能, SnO2纳米片有可能用于实际汽车尾气状况下的CO催化清除.     

Facile synthesis of mesoporous WO3@graphene aerogel nanocomposites for low-temperature acetone sensing

Ordered mesoporous tungsten oxide@graphene aerogel (mWO3@GA) nanocomposites were synthesized via an interface-induced co-assembly process, which show a high selectivity and great response to acetone at low temperature.