胶体晶体模板法制备三维有序大孔复合氧化物*

胶体晶体模板法是制备三维有序大孔（3DOM）复合氧化物材料的有效方法。制备过程一般包括3个步骤：首先,将单分散微球堆积成三维有序排列的胶体晶体;其次,将液态前驱体填充到胶体晶体的间隙,并在原位转化为固体骨架;最后,将微球去除,在原来微球间的空隙位置得到固体骨架,原来微球占据的位置则成为相互连接的孔穴。其中,胶体晶体模板的组装、前驱体的填充以及模板的去除都是制备3DOM复合氧化物的关键影响因素。本文针对这几个控制因素对胶体晶体模板法制备3DOM复合氧化物的影响进行了概述,并对孔结构的表征以及材料在催化和电极材料等方面的应用作了简单介绍。     

胶粒晶体模板法制备三维有序大孔材料

使用胶粒模板法制备三维有序大孔材料（three-dimensional ordered macroporous material,3DOM）是一个快速发展的领域。本文综述了3DOM的合成技术,包括各种填充模板的方法、模板的去除方法以及它们在光子晶体、催化材料、生物传感器以及医学等方面的应用前景。     

模板法制备三维有序大孔CeO2

以聚苯乙烯微球(polystyrene microsphere)高速离心组装的胶体晶体为模板,以Ce(NO3)3·6H2O与柠檬酸的螯合物填充模板,经热转化后合成了3DOM CeO2.TG-DTA分析表明加入柠檬酸可提高硝酸铈的热稳定性,规避其低熔点对形成3DOM结构的不利因素.通过SEM观察,制备的3DOM材料大孔六方有序,排列紧凑,孔径250 nm,收缩率约16%.大孔之间由小窗口连通,构成三维交联的孔道体系.XRD测试显示,材料由CeO2的立方晶粒组成,粒径11 nm.     

真空填充胶晶模板法快速制备三维有序大孔二氧化钛

以丙烯酸修饰的聚苯乙烯（PS）胶体晶体为模板,采用“三明治-真空”填充法将钛酸四丁酯的乙醇溶液填充到模板间隙中,煅烧除去模板快速高效制备了表面无覆盖层的三维有序大孔二氧化钛（3DOM TiO2）材料。 制备的3DOM TiO2具有典型的反蛋白石结构,孔壁完整且孔径大小均匀,呈六方密堆积的FCC结构。 其孔径为230 nm左右,收缩率仅为14%,孔与孔之间由小窗口相连。 XRD分析表明,500 ℃下煅烧制备的3DOM TiO2为锐钛矿晶型。     

三维有序大孔钙钛矿 LaFeO3 催化剂的制备及其催化炭黑颗粒燃烧性能

 采用水油两相双引发剂的无皂乳液聚合法制备了羧基改性的聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 聚合物微球, 并以此为模板, 采用胶体晶体模板法制备了三维有序大孔 (3DOM) 钙钛矿 LaFeO3 催化剂. 同时采用柠檬酸络合燃烧法制备了纳米钙钛矿 LaFeO3 催化剂. 通过傅里叶红外光谱、扫描电镜、X 射线衍射和激光粒度仪等方法对样品进行了表征. 采用程序升温氧化反应评价了催化剂对模拟柴油机炭黑颗粒催化燃烧的活性. 结果表明, 制备的羧基改性 PMMA 聚合物微球固含量约为 10%, 表面羧基含量约为 3 mmol/g. 微球粒径分布均匀, 且可通过调节反应条件得到不同的粒径, 可控范围在 300~700 nm. 所制得的 3DOM 钙钛矿 LaFeO3 催化剂以六方有序的方式排列, 其孔径及孔径收缩率分别为 300 nm 和 32%, 大孔孔壁平均厚度约 50 nm. 该催化剂对炭黑颗粒催化燃烧的 T10, T50, T90 和 SmCO2 分别为 340, 412, 458 oC 和 99.8%, 性能优于纳米 LaFeO3 催化剂.     

有序大孔材料的制备及其应用

本文综述了近年来有序大孔材料的制备及应用.有序大孔材料的制备方法有胶态晶体模板法、生物模板法及其它模板法,重点阐述了用胶态晶体为模板制备有序大孔材料,如大孔金属、大孔无机氧化物、大孔碳、大孔半导体、大孔无机盐、大孔碳/无机氧化物复合物和大孔有机聚合物.用胶态晶体为模板制备有序大孔材料在催化、吸附、分离、传感器、光子晶体和声学等领域有潜在的应用.     

含稀土铕配合物三维有序大孔材料的制备及其荧光性能

采用物理吸附的方法将稀土配合物嵌入三维有序大孔聚合物材料的孔内,组装了发光性能良好的含邻菲罗林-铕配合物的三维有序大孔聚合物材料(3DOM/Eu(Phen)2).并通过扫描电镜、红外光谱和荧光光谱对3DOM/Eu(Phen)2组装体进行了表征.结果表明:组装体的结构保持了三维有序大孔材料的结构特征,在紫外灯的照射下,发出稀土离子的特征谱线,与纯配合物相比,其激发光谱发生蓝移,荧光寿命延长.     

简易模板法制备有序介孔碳

通过一种简易的模板法制备了有序介孔碳,即硅/P123三嵌段共聚物复合物经硫酸处理后,再加入蔗糖碳源经碳化和除硅处理合成出有序介孔碳。该方法与传统硬模板相比,其合成工序简单,成本更低;与其他简化合成方法相比,避免了由碳源不足而造成的介孔碳有序性低的缺点。通过小角XRD、N2吸脱附和HRTEM对样品及其中间过程进行了表征。结果表明,自晶化过程后,样品在合成的各个时期均保持着有序的介孔结构,当蔗糖添加量为1.5g时合成出的介孔碳材料有序性最高,比表面积和孔容也最高,分别为1261m2·g-1,1.03cm3·g-1。     

三维有序二氧化锰大孔材料的模板技术合成及表征

Using close-packed colloidal crystals-silica as the template,a novel 3D well-ordered and long-ranged periodic macroporous material MnO2 has been prepared by colloidal crystals template methods. The prepared product has been characterized by means of X-ray diffraction（XRD）and scanning electron micrography（SEM）. The X-ray diffraction displays that the phase of MnO2 is tetragonal,and the scanning electron micrography shows that MnO2 replicates the structure of the started template and exhibits 3D long-range ordered honeycomb framework. The process of preparing the 3D order macroporous MnO2 was discussed. The effect of the infiltration times to the final morphology of MnO2 was studied and an abnormity existed in the shrinkage of the final outcome.     

聚苯乙烯胶晶膜及三维有序大孔SiO2膜的制备及表征

采用垂直沉积法组装了三维聚苯乙烯胶晶膜,并用其为模板制备了三维有序大孔（3DOM）SiO2膜．SEM观察表明,制备的胶晶膜和3DOMSiO2膜具有fcc结构,有序性很好．考察乳液浓度对胶晶膜结构的影响表明,浓度越高,胶晶膜越厚,有序性也越高,膜在30层内都能很好的粘附在载玻片上．通过调整前驱物溶液的浓度和滴加方式,可得到表面为球形或孔状的3DOM SiO2膜．     

胶晶模板法制备3DOM尖晶石型LiMn2O4及表征

通过乳液聚合获得粒径为280 nm左右的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球, 从其母液中离心沉降制得胶晶模板. 将LiNO3, Mn(Ac)2·4H2O和柠檬酸按摩尔比1∶2∶2配成前驱物的醇水混合溶液, 填充于PMMA胶晶模板间隙中, 经干燥和焙烧氧化成孔制得了三维有序大孔(3DOM)锂锰氧化物. 实验结果表明, 当n(Li)/n(Mn)=0.6, 前驱液浓度在0.6~1.0 mol/L之间和升温速率为2 ℃/min时, 分别在300与600 ℃下两段恒温焙烧2~3 h有利于目标产物的形成. SEM测试结果表明, PMMA胶晶模板和3DOM锂锰氧化物均为面心立方紧密堆积, 排列规则有序, 大孔直径在200~240 nm之间, 孔壁厚度在30~45 nm之间. 产物经XRD晶相测定和EDTA, KMnO4滴定分析确证为正尖晶石型LiMn2O4.     

Fabrication of Ordered Macroporous CdS and ZnS by Colloidal Crystal Template

Ordered macroporous semiconductors CdS and ZnS with regular arrays of spherical pores have been fabricated by poly (styrene-acrylic) (PSA) colloidal crystal template. It was found that the exact three-dimensional (3D) structure of the template had been imprinted in the final material.     

三维规则排列的大孔SiO2材料的制备及表征

 以聚苯乙烯微球离心后形成的三维规则排列的胶晶作模板，以正\r\n硅酸乙酯、水、乙醇和盐酸等配制的溶胶填充微球间的间隙，然后原位\r\n形成凝胶，最后通过焙烧除去微球得到三维规则排列大孔二氧化硅材料\r\n．以苯乙烯为原料，过硫酸钾为引发剂，在70℃下搅拌28h后得到含聚\r\n苯乙烯微球（直径约为600nm）的母液．将母液在900～1000r／min的转\r\n速下离心12～24h得到紧密堆积排列的胶晶．以正硅酸乙酯作为硅源，\r\n按n（Si（OEt）4）∶n（EtOH）∶n（HCl）∶n（H2O）＝1∶3．9∶0．\r\n3∶1．8制成透明的SiO2溶胶．溶胶浓度控制在0．5～1．0mol／L．滴\r\n加在胶晶上的溶胶靠毛细管的作用力填充入微球间隙．重复填充多次（\r\n一般不超过5次）．焙烧在流量为1L／min的空气中进行，升温速度控制\r\n在5℃／min以下．在300℃下恒温5h以除去聚苯乙烯微球，在570℃下焙\r\n烧5h．焙烧后的样品表面可观察到五颜六色的彩光．SEM分析结果表明\r\n，球形孔（孔径约500nm）大小均匀，排列整齐，保持了微球的紧密堆\r\n积排列结构．孔与孔之间由小孔窗相互交连，孔壁比较充实，壁厚约为\r\n130nm．     

基于二氧化硅胶体晶体薄膜和反射干涉光谱的蛋白冠监测方法

生物分子与纳米材料作用形成的"蛋白冠"影响纳米材料的物理和化学性质,目前缺少有效的原位实时技术监测蛋白冠的形成过程.本研究基于二氧化硅胶体晶体薄膜和反射干涉光谱法,研究了三种代表性血液蛋白质在二氧化硅纳米粒子表面的蛋白冠形成过程,结果表明这三种蛋白具有不同的蛋白冠形成过程及参数;研究了人血清白蛋白在三种表面曲率的二氧化...     

Preparation of Three‐Dimensional Ordered Macroporous Prussian Blue Film Electrode for Glucose Biosensor Application

Ordered 3D interconnected macroporous Prussian blue (PB) films were electrochemically fabricated by using colloidal crystals of polystyrene beads as sacrificial templates. The prepared PB film electrodes have excellent catalytic activity towards the reduction of hydrogen peroxide. The PB structure was further used as functional interface for fabricating an enzyme‐based glucose sensor by using surface modification technique based on the electrostatic interactions. The resulted sensor has higher functional density, and larger surface area. The interconnected macroporous structure allows enhanced mass transport. These characteristics of the sensor enable us to detect glucose with high sensitivity. Therefore, the present 3D ordered macroporous film sensor exhibits wide linear detection range towards glucose, acceptable reproducibility and operational and storage stability. The present approach is promising for the generation of high‐enzyme‐content thin films with tailored bioactivity.     

Control over the Wettability of Colloidal Crystal Films by Assembly Temperature

Summary: A facile method to fabricate colloidal crystal films with tunable wettability from an amphiphilic material polystyrene‐block‐poly(methyl methacrylate)‐block‐poly(acrylic acid) is presented. The wettability of the film can be tuned from superhydrophilic (CA, 0°) to superhydrophobic (CA, 150.2°) by varying the assembly temperature, while the position of the photonic bandgap of the colloidal crystal films remains virtually unchanged. The method could open new application fields of colloidal crystals in diverse environments.

The relationship of assembly temperature with water CA (inset is the water droplet profile of the relative water CA).