金属有机骨架材料在催化中的应用

金属有机骨架(MOFs)材料是一种相对新型的多孔材料,由于其结构的多样性、可设计性、可剪裁性以及超高的比表面积,近年来吸引了广泛的研究兴趣,并在很多领域展现了潜在的应用前景.特别是在催化方面的应用更受到了强烈的关注.本文的前两部分主要以催化活性位点的来源进行分类,包括配位不饱和金属中心、功能性有机配体、化学修饰接入功能位点以及嵌入在MOFs孔内的金属配合物或金属纳米颗粒等,总结了近几年来MOFs及其复合材料在多相催化方向取得的一些进展.同时在后面两部分也简要地介绍了MOFs在光催化及以MOFs为模板构筑的多孔纳米材料在催化(特别是电催化)方面的一些应用.最后,对MOFs在催化方面的应用前景做了展望.     

蒙脱土基氮掺杂多孔碳@聚苯胺复合材料的制备及电化学性能

分别在盐酸和樟脑磺酸-盐酸混酸溶液中,在蒙脱土基新型氮掺杂多孔碳表面原位聚合苯胺,以制备氮掺杂多孔碳@聚苯胺复合电极材料,采用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征复合材料的组成和形貌。 盐酸掺杂的复合材料呈短棒状形貌,樟脑磺酸-盐酸掺杂材料形貌呈颗粒状及交联片状,樟脑磺酸-盐酸掺杂的结晶性能优于盐酸掺杂。 电化学测试结果表明,樟脑磺酸-盐酸掺杂的复合材料在0.5 A/g电流密度下的质量比电容为412.5 F/g,比盐酸掺杂的(332.4 F/g)高24.1%,等效串联电阻(R_s)和电荷迁移电阻(R_ct)小;但盐酸掺杂的复合材料在大电流下电容保持率为81.4%,高于混酸掺杂的58.4%。     

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。     

碳酸钙模板法制备高分子微球

模板法是一种制备粒径可控、形貌均一微球的有效途径。以球霰石形态存在的CaCO₃多孔微球具有生物相容、孔径均一,以及可在温和条件下分解等优点,适用于作为模板制备微球。本文在对CaCO₃模板进行简单介绍的基础上,从原料选取与应用角度综述了用CaCO₃模板法制备微球的研究进展。常用的装载CaCO₃多孔微球的方法有物理吸附、共沉淀和渗透法等,所用原料有天然高分子(如多糖、蛋白质、DNA)和合成高分子(如聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯醇)。利用CaCO₃模版制备的微球具有多孔洞或空心结构,尺寸形貌均一可控,特别适用于制药、药物递送、生物传感器及化学分析等领域。预计随着纳米技术的发展和生物医药领域的需求将推动CaCO₃模板法的研究,以期通过该方法制备出应用领域更加广泛的微球。     

锂硫电池用多孔碳/硫复合正极材料的研究

锂硫电池具有高的理论比容量和理论能量密度,被认为是当前最有前景的二次电池体系之一。现阶段锂硫电池的研究工作主要集中于高性能硫正极材料的设计与合成。具有优良的导电性、良好的结构稳定性和多孔结构的纳米碳材料,比如活性碳、介孔碳、超小微孔碳、多级结构多孔碳、空心碳球和空心碳纤维,充分满足了锂硫电池正极材料对碳基体的要求。本文综述了近年来多孔碳/硫复合材料作为硫正极的研究进展。总结了以具有不同结构特征的多孔碳基体负载硫组装的锂硫电池的电化学性能,并分析了不同多孔结构对性能的影响。最后在此基础上,从多孔碳/硫复合正极材料的设计和合成的角度,展望了其未来的发展趋势。     

共价有机框架材料催化剂

共价有机框架材料（covalent organic frameworks, COF）是功能材料领域研究的热点之一。COF具有孔道结构高度有序、孔径可调、比表面积较大、合成方法多样和易于功能化修饰等优点,是一类新兴的多相催化剂。目前,COF催化剂主要设计思路是：基于“自下而上”策略将非金属催化活性中心嵌入材料骨架来构筑本征型COF催化剂,或者以COF为载体,通过后修饰方式负载金属颗粒或离子构建多相催化剂。鉴于COF以上优势,预计COF催化剂在多相催化和手性催化领域中的应用也将取得更大的进展。本文综述了COF催化剂的合成和功能化策略,并展望了COF在多相催化领域中的应用前景。     

钼网衬底上大面积硅纳米线的制备及其光催化性能研究

硅纳米材料广泛应用于光功能导向的各个领域,发展针对光功能应用及一维硅纳米结构的规模化可控制备方法,实现硅纳米结构的宏量制备,将为硅纳米结构的应用提供材料保障。本文采用简单的化学气相沉积法成功地在Mo网衬底上制备了大面积的硅纳米线(SiNWs),并通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线粉末衍射仪、拉曼光谱仪,对制备的SiNWs进行了详细的研究。通过在低功率紫外光照射下SiNWs对罗丹明B和甲基蓝的光降解能力的研究,发现在Mo网衬底上生长的SiNWs对于有机染料具有很好的降解能力。     

锂离子电池硅负极循环稳定性研究进展

硅是已知质量比容量最高的锂离子电池负极材料,研究人员希望通过制造可靠的高容量硅负极,生产高能量密度的锂离子电池. 但由于充放电过程中锂在硅材料中嵌入与释放,硅材料发生巨大的体积变化,以致破碎,并从负极上脱落下来. 硅负极容量随着充放循环次数的增加而迅速下降,是其应用进程中受到的最大制约. 本文结合锂离子电池硅负极研究现状,从硅材料本体结构、整体负极结构两方面介绍几种不同的提高硅负极循环稳定性的方法,并对各种方法的稳定性、成本、制备方法等进行比较,提出对未来硅负极材料研究的展望.     

快速冷冻干燥法制备多孔氧化硅陶瓷

为制备氧化硅多孔陶瓷,尝试了快速冷冻干燥法,探索了氧化硅浆体的分散剂和pH值对孔结构的影响.结果表明:使用0.1wt;六偏磷酸钠作为分散剂时,孔壁处团聚现象明显;改用聚甲基丙烯酸钠团聚显著减少.主要原因是氧化硅表面的Si-OH可能与六偏磷酸钠络合成Si-Na4P6O18-,但其在水中易断裂,减弱了颗粒之间排斥力,未能抑制团聚;而聚甲基丙烯酸钠吸附在氧化硅表面,可能形成Si-C4H5O2等空间位阻抑制团聚.在聚甲基丙烯酸钠的基础上再调节浆体pH值至～10使氧化硅的zeta电位达到～-60 mV,可更好抑制团聚.综上所述冻干法适合制备开口通孔结构的多孔氧化硅陶瓷.     

发泡法制备羟基磷灰石晶须蜂窝支架材料的研究

采用羟基磷灰石晶须为原料,以月桂酸钾作为发泡剂,羧甲基纤维素作为泡沫稳定剂,通过搅拌发泡得到陶瓷泡沫体,挤压成型及冷冻干燥处理得到陶瓷坯体,再经烧结成功制备了羟基磷灰石晶须多孔陶瓷材料.通过XRD、SEM等对烧结后的多孔陶瓷材料的成分、形貌等进行了表征,并测试了其力学性能.结果表明:750℃煅烧4h的样品为具有400 μm左右的蜂窝直通孔和140 μm的侧壁孔的蜂窝多孔陶瓷材料.采用发泡法可以成功制备出羟基磷灰石晶须多孔骨组织工程支架;且羟基磷灰石晶须多孔支架的主要成分为羟基磷灰石和二氧化硅.