CuO纳米结构阵列的简易合成及其光催化性质

利用一种简便的一步反应路线, 通过调节反应温度, 选择性地合成出两种有序排列的氧化铜纳米阵列, 即成束的一维(1D)纳米带和紧密排列的二维(2D)纳米片. 系统研究了产物的物相和形貌随反应时间的演变情况, 结果表明两种氧化铜纳米结构阵列分别是通过氧化→生长→脱水和氧化→脱水→生长过程形成的, 其中动力学因素控制的成核与生长过程决定了氧化铜纳米结构的最终形貌. 模拟太阳光辐射光催化降解有机染料罗丹明B(RhB), 测试了所制备的氧化铜纳米结构阵列的光催化活性. 本工作为制备新颖的多级纳米结构材料提供了一种简单且经济的合成路线, 这些纳米材料将在多个领域体现出重要的应用潜力.     

分次降压法研究微孔聚合物发泡的成核及增长过程

将环烯烃共聚物样品在超临界CO2 条件下饱和后 ,先将体系降至一中间压力 ,而后采用 4种不同的方法分次降压和快速冷却 .通过 4种降压和冷却模式的比较 ,初步研究了快速降压法微孔发泡的成核及增长过程 .并得到了几种新颖结构的微孔 ,如具有过渡层结构以及直径呈双峰分布的微孔等 .研究表明 ,泡孔充分增长过程中绝大部分气核消失或合并 ,只有很少一部分最终生长为稳定的泡孔结构 ,而不同的泡孔增长过程对最终的泡孔结构有很大影响 .二次成核只有在一定的压降范围内才能发生 .两次降压得到的泡孔结构与该降压幅度下气体溶解度的变化密切相关     

自成核对等规聚丙烯结晶行为和性能的影响

结晶聚合物的结晶动力学影响其形态结构 ,而形态结构的变化对材料的性能有着重要的影响 [1] .成核剂能有效地降低聚合物的球晶尺寸 ,提高材料的性能 [2 ] ,因此被广泛地应用于工业生产中 .自成核 (self- seeding nucleation)是指聚合物自身的微小晶粒作为晶核而诱导结晶生长的一种成核方式 [3 ,4 ] ,它具有很高的成核效率 ,并能有效地降低球晶尺寸 .本文研究了等规聚丙烯的自成核过程、结晶行为、形态结构及其对材料性能的影响 .1　实验部分1 .1　样品的制备　等规聚丙烯 (i PP)为广东茂名石油化学工业公司产品 ,牌号为 T3 6 F.将 i PP粒…     

异质哑铃型纳米颗粒合成中的关键因素(英文)

哑铃型纳米颗粒由一种包含强相互作用的异质结构成,它两端是不同物质的纳米颗粒.这两种不同功能的纳米颗粒紧密相连,形成一种哑铃形的外观.这种结构的纳米颗粒在电子、磁性、光学及催化等方面有着不同于单一组分纳米颗粒的独特性质,因此受到人们广泛关注.哑铃型纳米颗粒的这些独特性质是由两种物质交界面处的电子转移引起的,得益于较强的界面相互作用,两种物质都可以通过界面处的电子转移得到改良,使得这种结构的催化剂在较低温度下催化氧化有机废气时活性很高.以CO氧化反应为例,Au纳米颗粒通常情况下对该反应没有催化活性,但是被负载到金属氧化物上面以后,却表现出了很高的催化活性.这正是氧化物载体与Au纳米颗粒之间电子传输的结果.通常在核壳结构中,核心物质以及两种物质的交界面都被外壳所包裹,而哑铃型结构当中的两种物质的功能面以及它们之间活泼的交界面均可以充分地暴露在反应物中,从而极大提升了其催化效果.这种独特的结构优势也在疾病诊断与治疗中的多功能探针上得到了广泛应用.由于哑铃型结构的两种物质的纳米颗粒相对位置是固定的,当用作催化剂时可以发挥出很好的抗烧结性能,还可使这两种物质更协调地均匀分布.因此哑铃型结构催化剂不仅催化活性更高,而且在较高温度下具有较高的稳定性.哑铃型结构可以看作是独立纳米颗粒与核壳型纳米颗粒之间的一种中间状态,它通常是由一种物质的纳米颗粒在另一种种子颗粒上面经过外延生长得到的.这与核壳结构纳米颗粒的合成很相似,但是必须准确地控制成核过程,使得成核可以各向异性地发生在种子颗粒的某一个晶面上.而在核壳结构的合成中,这一成核过程是均匀分布的.所以在制备哑铃型结构纳米颗粒时,很重要的就是要促进非均质成核,同时抑制均相成核.由于哑铃型纳米颗粒的特殊结构,在制备时想要准确控制上述成核条件是非常困难的,所以到目前为止,仅有很少种类的物质可以被制成哑铃型结构,比如Au(Ag,Pt,Pd)-Fe3O4(Co3O4),Au-PbS(PbSe),FePt-CdS和Cu-Ag等,这些物质中大多数都是由贵金属纳米颗粒和磁性纳米粒子组成的.哑铃型纳米颗粒由于受限于物质种类,它在催化氧化方面的应用也被局限在了很少一部分气体上,如CO.而通过其它很多种催化剂已经可以在较低温度(甚至零下数摄氏度)下实现CO催化氧化.因此,哑铃型结构的优势在CO催化氧化中并不能得到很好利用和体现,而用于甲烷等一些在较低温度下更难氧化的气体的催化氧化尚未见报道.这正是由合成多种多样的哑铃型纳米颗粒的巨大困难所致.因此,找到合成哑铃型纳米颗粒的困难所在以及合成过程中的一些重要影响因素非常有意义,这将帮助我们使用更多的物质合成出一些新的哑铃型纳米颗粒,进而利用其高催化活性,使得更多难以氧化的气体在较低温度下被氧化.本文总结了合成哑铃型纳米颗粒时的多种影响因素,并介绍了相关的一些合成方法.种子颗粒的尺寸以及两种颗粒之间的尺寸比例可以影响制备过程中外延生长的可控性,颗粒尺寸以及两种颗粒的尺寸差别越小,反应越容易控制.反应温度和反应时间需要根据反应物的性质进行精确控制才可以得到合适的尺寸以及较好的粒径分布.而两种不同的物质最终能不能形成哑铃型结构则是由很多种因素决定的,比如反应溶剂的极性、两种物质之间的晶格错配度以及反应中所用乳化剂的含量.除此之外,合适的前驱体、氧化还原剂以及操作环境等都可以影响哑铃型纳米颗粒的合成结果     

原子力显微镜法研究方解石(104)面的生长及溶解

研究生物矿化过程及生物矿物的形成机制具有重要的科学意义,这方面的研究不仅有助于我们认识自然,而且还可以指导体外仿生合成具有分级结构的功能性复合材料.原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)是微米、纳米尺度上实时观测矿物成核或生长的强有力工具.本文综述了原子力显微镜法研究方解石(104)面生...     

分级结构纳米氧化铝的可控合成及应用

分级结构纳米氧化铝由于具有微-纳米尺度的协同和偶合效应近年来受到广泛关注。本文将不同形态的分级结构分为空心球状结构、核壳结构、簇状结构和阵列结构4种一般类型,并综述了其合成进展。简要评述了合成过程中的影响因素及分级结构形成的机理,并概述了其热稳定性的相关研究,还列举了其在光学与催化等领域的应用。最后,从分级结构的形态和性质的可控合成与实际应用相结合的角度展望了未来的研究方向。     

经典晶体生长理论在石墨烯CVD成核和连续生长中的应用

石墨烯由于具有奇异的电子性质而成为多个学科研究的热门材料,其在各个领域的潜在应用也逐渐被实现.而石墨烯工业化应用的前提之一是大面积高质量石墨烯的合成.在合成石墨烯的众多方法中,过渡金属表面化学气象沉积法(CVD)作为制备大面积高质量石墨烯的主要方法而被深入研究和广泛使用.作为二维晶体的石墨烯,其生长过程应该遵循经典的晶体生长理论,因此本文从经典的晶体生长理论出发,结合密度泛函理论(DFT)对石墨烯CVD生长过程的具体计算,来介绍石墨烯的微观生长机制.主要从三个方面系统地介绍了石墨烯的CVD生长机理:(1)石墨烯在金属催化剂表面的成核过程,包括二维碳团簇在金属平台和台阶附近的成核过程和成核速率,并据此提出石墨烯在成核生长过程中的种子生长法.(2)经典的Wulff构造理论在石墨烯CVD生长中的应用,通过研究不同石墨烯边界结构在金属表面的稳定性和边界能来获得不同催化剂金属表面石墨烯晶粒的平衡态形状或能量最低结构.(3)动力学Wulff构造理论在石墨烯生长中的应用,通过研究金属原子钝化石墨烯边的稳定结构和不同边界的生长过程来研究石墨烯的生长动力学.金属原子钝化的扶手型(armchair,AC)石墨烯边界的存在大大地降低了碳原子加入到边界形成六元环所需要克服的势垒,导致了AC石墨烯边界的生长速度较快最后消失,而留下生长较慢的锯齿型(zigzag,ZZ)石墨烯边界.以上在原子尺度上对石墨烯CVD生长过程中成核和连续生长过程的微观机制研究对实验上生长大面积高质量的石墨烯材料提供了有价值的理论参考.     

高分子在氧化铝纳米孔道中受限结晶的研究进展

高分子材料在微纳米尺度常常表现出不同于本体的物理性质.对结晶性高分子来说,在纳米受限空间的成核机理、结晶结构和动力学特征都与本体材料有所不同.本文总结了近年来基于多孔氧化铝纳米模板(AAO)开展的高分子受限结晶的研究进展,重点介绍了本课题组的工作.研究发现,在AAO模板中,高分子结晶的过冷度大大增加,成核机理从本体的异相成核转变为均相成核或表面成核;高分子结晶结构通常表现为各向异性,动力学因素、热力学因素和界面性质均对取向结构有重要影响;受限情况下高分子结晶速率大大降低,表现出"成核控制"的动力学特征;空间受限使高分子结晶度降低,倾向于形成亚稳态晶型.最后,对该领域尚待解决的问题进行了展望.     

MFI/MFI核壳分子筛的合成及催化性能研究

通过对核相ZSM-5的预处理步骤和在温和水热条件下的二次生长, 合成了壳层硅铝比高、核相硅铝比低、纳米晶壳层致密的MFI(核)/MFI(壳)型核壳分子筛材料. 考察了晶化温度和晶化时间对高硅壳层MFI/MFI核壳型沸石分子筛的合成的影响, 其适宜的合成条件为晶化温度高于130 ℃, 晶化时间19 h. 核相ZSM-5的预处理步骤对于成功合成此特殊核壳型分子筛材料十分关键. 与普通ZSM-5沸石分子筛相比, MFI/MFI核壳分子筛在催化甲苯甲基化反应时的失活效率显著降低.     

溶剂热法合成花状分级结构LiFePO_4及其电化学性能研究

以乙二醇/水为溶剂,酒石酸铵为添加剂和碳源,采用溶剂热法,制备了高振实密度(1.3 g·cm-3)的锂离子正极材料磷酸铁锂(LiFePO4)。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品进行了表征。研究结果表明样品为单晶纳米片组装而成的花状三维多孔分级结构LiFePO4。通过时间单因素实验探讨花状分级结构LiFePO4的生长机理,其生长过程概括为:成核和生长,定向组装。电化学性能测试结果表明LiFePO4样品具有优异的倍率性能(10C时放电比容量保持在74.8 m Ah·g-1)与循环性能(50次循环后容量保持率93%)。     

三维分级结构ZnO的制备及光催化性能

以聚乙烯醇/醋酸锌复合纳米纤维为模板, 采用模板辅助共沉积技术制备了三维尖晶石型ZnO纳米线/纳米纤维分级结构, 并采用SEM, XRD对其形貌和晶型结构进行了表征. 在光催化降解乙醛性能实验中, 三维分级结构ZnO表现出比纳米粒子和纤维更好的光催化性能. 这主要归因于ZnO纳米线的次级结构和开放的三维网络结构更有利于乙醛分子和氧分子的扩散和传输, 从而提高了乙醛的光降解速率.     

Temperature Control of Sequential Nucleation–Growth Mechanisms in Hierarchical Supramolecular Polymers

Upon cooling in solution, chiral triarylamine tris-amide unimers produce organogels by stacking into helical supramolecular polymers, which subsequently bundle into larger fibers. Interestingly, circular dichroism, vibrational circular dichroism, and AFM imaging of the chiral self-assemblies revealed that monocolumnar P-helical fibrils formed upon fast cooling, whereas bundled M-superhelical fibers formed upon slow cooling. The mechanistic study of this structural bifurcation reveals the presence of a strong memory effect, reminiscent of a complex stepwise combination of primary and secondary nucleation-growth processes. These results highlight the instrumental role of sequential self-assembly processes to control supramolecular architectures of multiple hierarchical order.     

Hierarchical Self-organization of Complex Systems

Researches on organization and structure in complex systems are academic and industrial fronts in mod-ern sciences. Though many theories are tentatively proposed to analyze complex systems, we still lack a rig-orous theory on them. Complex systems possess various degrees of freedom, which means that they should exhibit all kinds of structures. However, complex systems often show similar patterns and structures. Then the question arises why such similar structures appear in all kinds of complex systems. The paper outlines a theory on freedom degree compression and the existence of hierarchical self-organization for all complex sys-tems is found. It is freedom degree compression and hierarchical self-organization that are responsible for the existence of these similar patterns or structures observed in the complex systems.     

生物形态的高性能材料

经过长期进化,生物质已经形成了复杂的分级胞状结构.这些结构为生物体生长和发育提供了传输水分和营养物质的快速通道.由生物质转化形成的高性能材料,不仅保持了材料本身的优良性质,而且还具有生物质的宏观形貌和微观结构特征.由于具有丰富的分级多孔结构和优良的机械性能,生物形态材料在催化、分离与吸附和高温尾气处理等领域具有广泛的应用前景.目前,各种不同类型的生物质已被广泛用来制备生物形态的高性能材料.本文结合国内外研究进展综述了生物形态材料的制备技术、材料种类以及应用情况.     

生物形态的高性能材料

经过长期进化,生物质已经形成了复杂的分级胞状结构。这些结构为生物体生长和发育提供了传输水分和营养物质的快速通道。由生物质转化形成的高性能材料,不仅保持了材料本身的优良性质,而且还具有生物质的宏观形貌和微观结构特征。由于具有丰富的分级多孔结构和优良的机械性能,生物形态材料在催化、分离与吸附和高温尾气处理等领域具有广泛的应用前景。目前,各种不同类型的生物质已被广泛用来制备生物形态的高性能材料。本文结合国内外研究进展综述了生物形态材料的制备技术、材料种类以及应用情况。     

Colloidal chemical approaches to inorganic micro- and nanostructures with controlled morphologies and patterns

The controlled synthesis of inorganic micro- and nanostructures with tailored morphologies and patterns has attracted intensive interest because the properties and performances of micro- and nanostructured materials are largely dependent on the shape and structure of the primary building blocks and the way in which the building blocks are assembled or integrated. This review summarizes the recent advances on the solution-phase synthesis of inorganic micro- and nanostructures with controlled morphologies and patterns via three typical colloidal chemical routes, i.e., synthesis based on catanionic micelles, reactive templates, and colloidal crystal templates, with focus on the approaches developed in our lab. Firstly, catanionic micelles formed by mixed cationic/anionic surfactants are used as effective reaction media for the shape-controlled synthesis of inorganic nanocrystals and the solution growth of hierarchical superstructures assembled by one-dimensional (1D) nanostructures. Secondly, reactive template-directed chemical transformation strategy provides a simple and versatile route to fabricate both hollow structures and 1D nanostructures. Thirdly, colloidal crystals are employed as very effective templates for the facile solution-phase synthesis of novel inorganic structures with controlled patterns, such as three-dimensionally (3D) ordered macroporous materials and two-dimensionally (2D) patterned nanoarrays and nanonets. Finally, a brief outlook on the future development in this area is presented.     

Shape-controlled synthesis of silver crystals mediated by imidazolium-based ionic liquids

This work presents an approach toward the shape-controlled synthesis of Ag crystals with hierarchical structures by exploitation of ionic liquids (ILs) as a shape-regulating agent. The synthesis of Ag crystals involves the reduction of AgNO(3) by EG in the presence of ILs, specifically 1-butyl-3-methylimidazolium methylsulfate (bmim-MeSO(4)). In accordance with non-classical crystallization growth mechanism, the primary Ag nanoparticles were formed at the early stage of the reaction, and then self-organized into 1D or 3D Ag superstructures via an IL-mediated self-assembly process. Their final morphologies were strongly dependent on the reaction conditions such as the concentration of ILs in the reaction mixture and the reaction temperature, which suggests that ILs play an important role in controlling the shape of the Ag crystals.     

Chemical preparation and applications of silver dendrites

Silver dendrites have received immense attention because of their fascinating hierarchical structures and unique properties. Depending on the methods of synthesis, Ag dendrites can be implemented in numerous fields. This review summarizes a variety of Ag dendrites preparation techniques. The involved growth mechanisms are investigated in order to control the formation progress more effectively. With regard to the applications, this article mainly focuses on surface enhanced Raman spectroscopy, catalysis, superhydrophobic surface and surface enhanced fluorescence by using Ag dendrites. The remaining issues of the preparation methods, which impede the practical applications of Ag dendrites, are pointed out to enlighten their future research.     

Controllable assembly of WO3 nanorods/nanowires into hierarchical nanostructures

The controlled synthesis of two novel h-WO3 hierarchical structures made of nanorods/nanowires has been successfully realized in a large scale via a simple hydrothermal method. It is demonstrated that the morphology of the final products is significantly influenced by adding different sulfates. The urchinlike and ribbonlike structures of WO3 can be selectively prepared by adding Rb2SO4 and K2SO4, respectively. The morphology evolvement and the growth mechanism were studied carefully. The sulfate-induced oriented attachment growth mechanism has been proposed for the possible formation mechanism of the ribbonlike sample. For urchinlike products, two growing stages are believed to be involved in the growth process. The current understanding of the growth mechanism of these nanostructures may be potentially applied for designing other oriented or hierarchical nanostructures based on 1D nanoscale building blocks through the direct solution-growth.