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.     

有机凝胶自组装模板法制备纳米材料

利用溶胶一凝胶聚合过程人工模拟生物矿化进程的技术,已经融人无机材料和超分子有机化学的研究领域.小分子有机凝胶因子在溶剂中发牛自组装,形成多种形态的有机凝胶超分子结构,以其为模板,经过溶胶一凝胶过程,可以诱导转录形成各种形态的纳米材料.本文介绍了利用有机凝胶因子自组装结构为模板制备形态可控无机材料的研究进展及模板结构诱导转录的两种可能机制.     

贯通孔道网络结构大孔Al2O3催化材料的制备

采用模板法制备了具有贯通孔道网络结构的大孔Al2O3催化材料. 为确保模板材料的体积分数低于74%时Al2O3孔道的贯通, 设计并实现了模板聚苯乙烯(PS)微球先胶凝再与催化材料Al2O3纳米颗粒复合的制备路线. 通过PS微球悬浮液的流变性表征凝胶状态的形成. 实验结果表明, 加入适当浓度的硝酸铝溶液后PS微球悬浮液出现了由溶胶向凝胶的转变. 通过扫描电镜对大孔Al2O3催化材料的孔道结构进行表征, 结果表明, 与有序大孔材料相比大孔催化材料中孔配位数有所降低, 骨架厚度提高且具有贯通的孔道网络结构. 大孔结构抗压强度实验表明, 随着模板PS微球质量分数的降低, 机械强度明显提高.     

牛血清蛋白质三维有序大孔材料

用胶体晶体为模板制备了牛血清白蛋白和异硫氰基荧光素标记的牛血清白蛋白的三维有序大孔材料. 表征了孔材料的结构和荧光发射光谱. 表明所制备的孔材料具有规整的三维有序孔结构, 荧光素标记的牛血清白蛋白三维有序大孔材料具有良好的荧光发射性质.     

有序大孔TiO2的制备

聚苯乙烯;模板剂法;溶胶-凝胶法;有序大孔TiO2的制备     

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.     

生物蛋清蛋白模板合成海绵状大孔无机氧化物

多孔无机材料因可在微加工,催化,生物分离,电子器件的矿化和色谱载体等方面的广泛应用而引起人们极大的兴趣^[1-9],模板技术是制备孔材料最有效的工具之一,以表面活性剂和嵌段共聚物作为模板剂可以合成出结构多样,孔径均一,有序度高的介孔分子筛（2－50nm),大孔无机材料（＞50nm)通常采用以高分子微球和微乳液作模板的方法来合成（^[10],最近,我们利用浓度极高的;盐溶液和聚苯乙烯球作为模板,合成了3D海绵状大孔和介孔复合的氧化硅薄片^[11][,利用电化学等方法合成了具有特殊光阻性质的大孔氧化硅,氧化钛,金属以及合金材料等^[12],利用电化学等方法合成了具有特殊光阻性质的大孔氧化硅,氧化钛,金属以及合成材料等^[12],也有人利用相分离的方法制备无序大孔材料,但该方法一般较复杂,成本也比较昂贵,自然界中的大孔材料如海藻,珊瑚（氧化硅）是通过生物蛋白质为模板在基胞核内形成的,但是生物蛋白的模板作用和形成机理目前还不十分清楚。     

三维有序大孔-介孔二氧化硅的可控制备及表征

以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶晶为大孔模板、嵌段共聚物P123为介孔模板,利用双模板剂法进行了三维有序大孔-介孔二氧化硅材料的制备研究。采用SEM、TEM、低角XRD以及N₂吸脱附技术对样品进行了表征。结果表明,通过简单的调控PMMA胶晶模板的组装过程,就可以调变合成材料中的大孔结构,从而轻松地实现可控的制备出具有网状或者层状结构的三维有序大孔-介孔二氧化硅材料,并提出了其可能的形成机理。此外,所制备的三维有序大孔-介孔二氧化硅样品均具有较大的BET比表面积(>550m₂·g^-1),大孔孔径200nm左右,介孔孔径分布集中于3.5nm左右。     

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.     

高分子模板法合成特殊形态的氧化锌纳米结构材料

利用超分子模板法的形态花样复制制备具有复杂形态的无机超细材料已引起越来越多人的兴趣[1,2].模板与无机物之间的协同作用可制得有内部通道的新型中空分子筛[3,4],但无机材料合成在纳米尺度及亚微米尺度上的形态花样仍落后于生物矿化.生物矿化的独特之处在于可以通过自组合的有机集体或超分子模板通过材料复制而转变为有序的无机结构(如骨,壳,齿),这一合成原理也引导了我们利用高分子模板合成具有复杂形态的无机材料. 作者利用不同分子量的非离子型聚合物PEG作为大分子表面活性剂,在特定的胶束浓度范围和介质体系中形成超分子模板,以之作为"微反应器”并利用PEG与无机物之间的协同作用,控制模板水核中的水解反应;在特定的试剂浓度与比例、温度等条件下,除制备了具有球形、针/棒状纳米氧化锌粒子外,还制得了均匀分散的六角形、片状、螺旋棒状的氧化锌纳米、亚微米材料.     

磺化聚苯乙烯胶体晶的红外光谱分析

单分散乳胶体系可以通过自组装形成有序的胶体晶结构 ,在窄波段光过滤器[1] 、生物医学传感器[2 ] 、智能化学传感器[3] 等领域具有重要的应用价值 .最近 ,人们以此有序结构作为模板 ,制备了有序孔材料[4～ 7] .另外 ,此有序结构在仿生学如模拟蛋白石等有序结构等方面也具有重要意义[8] .但是 ,一般的单分散体系如聚苯乙烯体系所形成的有序结构都属于硬性材料 ,缺乏对外场的响应特性 .此外 ,微球表面没有功能性基团 ,很难与其它物质兼容 ,这使得其作为模板合成其它复合材料的潜力大大降低 .本实验室通过对聚合物胶体晶进行改性 ,使其成为功…     

三维有序大孔Al2O3制备的新方法及表征

以聚苯乙烯胶晶为模板,用Al(NO3)3•9H2O为前驱物,使用柠檬酸为配体,成功地制备了孔径为250～350 nm的三维有序大孔Al2O3材料.SEM观察表明,所得大孔材料孔结构规则排列,孔与孔之间通过小孔相连,形成了一个三维有序排列的蜂窝状结构.实验发现,以Al(NO3)3•9H2O为前驱物,加入柠檬酸可以防止团聚粒子的产生,有利于三维有序结构的形成.前驱物浓度在0.5～0.8 mol•L－1范围内均能得到较好的三维有序大孔结构.在1 100 ℃焙烧2 h后,Al2O3大孔材料仍能保持完整的规则孔结构特征,表现出较高的热稳定性.     

二氧化硅胶体晶模板技术制备间规聚苯乙烯有序孔材料

结晶高分子在受限空间中的聚合行为及聚集态均与本体的有着显著的差异 ,因而呈现不同的性能[1] .受限空间是指介观有序的分子筛 .间规聚苯乙烯具有熔点高、结晶速度快、弹性模量高、绝缘及抗溶剂性能优良等特点 ,具有广阔的应用前景 .自从 Ishihara等 [2～ 5]首次报道苯乙烯间规聚合以来 ,国内外对间规聚苯乙烯的均聚和共聚反应进行了大量研究 .苯乙烯在二氧化硅胶体晶中通过自由基聚合得到三维有序聚苯乙烯孔材料 ,实验表明 ,即使在亚微米的受限空间内 ,聚苯乙烯的生成和性质也会发生明显变化 [6] .本文以有序二氧化硅胶体晶为模板 ,在其…     

漂浮法制备SiO2有序大孔材料

用漂浮组装方法以亚微米尺度单分散的聚苯乙烯(PS)微球作为模板, 在悬浮液气-液界面处组装PS模板微球与纳米级胶体颗粒, 形成二元胶体颗粒共混物, 再去除模板得到有序大孔材料.     

Macroporous ZrO2 ceramics prepared from colloidally stable nanoparticles building blocks and organic templates

ZrO2 macroporous materials with well-ordered structures were prepared using nano-ZrO2 particles as the building materials and polystyrene spheres as the organic templates. A well-dispersed nano-ZrO2 suspension with a narrow particle size distribution was prepared by deagglomeration of as-received nano-ZrO2 powders via ultrasonication, and then centrifugation was performed to remove agglomerated bigger particles. Negatively charged polystyrene spheres were uniformly coated with positively charged nano-ZrO2 particles by means of electrostatic attraction at pH 4. Green samples were prepared by slip casting from colloidally stable suspension of nano-ZrO2 coated polystyrene spheres. ZrO2 macroporous materials with well-ordered microstructure derived from the nano-ZrO2 coated polystyrene spheres.     

Three-dimensionally ordered macroporous cross-linked polystyrene incorporating functional group via hydrophilic spacer arm

<正>A versatile and effective method for incorporating functional groups on the pore wall of three-dimensionally ordered macroporous cross-linked polystyrene(3DOM CLPS) by hydrophilic spacer arm has been investigated.The 3DOM CLPS with pore size 865 nm was prepared by sacrifice template method.The hydrophilic spacer arm(polyethylene glycol,molecular weight is 600) was grafted to the 3DOM CLPS via nucleophilic substitution reaction.The other side of active hydroxyl can be further converted into a lot of other functional groups.In this report,the chelating ligand 2-mercaptobenzothiazole(MBZ) group was introduced on the end of the PGE chain to evidence the versatile functionalization approach.The functionalized ordered macroporous materials were characterized by FT-IR,element analyzer,SEM.The results reveal that the pores were successfully bonded with 2-mercaptobenzothiazole groups via hydrophilic spacer arms and the original morphology of ordered macroporous materials were remained after functionalization.The MBZ group density is 0.052 mmol/m~2.The functionalized 3DOM CLPS are expected to application as heavy metal ions adsorbent.     

磺酸功能化三维有序大孔材料的制备与催化性能研究

采用模板法, 用正硅酸乙酯和3-巯丙基-三甲氧基硅烷的混合溶胶, 在聚苯乙烯胶晶间隙中原位转化, 除去模板后用双氧水将巯基氧化成磺酸基, 首次成功地制备了大孔规整排列的3DOM SiO₂-SO₃H材料. 样品用SEM, EDS, FT-IR等方法进行了测试表征. 结果表明, 所得到材料的三维大孔结构规整性十分好, 大孔孔径大约250 nm, 并由大约80 nm的小孔相连; 磺酸基很好地嵌入孔壁基质中, 吡啶吸附测定显示了典型的质子酸特征, 而且酸中心随硫含量增加而增多. 对乙酸与正丁醇的酯化反应显示了良好的催化性能, 磺酸含量越大, 催化活性越高. 这一研究为开发新型高效的固体酸催化剂提供了很有意义的结果.     

单分散聚苯乙烯乳胶有序膜在二氧化硅多孔材料制备中的模板作用

自然界中许多物质经千万年发展进化,具有特殊结构,决定了它们具有奇异特性.人们对此过程非常关注,试图了解其结构性能关系,从而实现人工合成,仿生学应此而产生.比如天然蛋白石能呈现出鲜艳颜色,其原因在于单分散二氧化硅微球与具有选择性吸收光的某些金属氧化物微粒形成了有序的超晶格结构[1].为了模拟此过程,人们以单分散二氧化硅或聚苯乙烯微粒形成的胶体晶作为模板,实现蛋白石的人工合成[2].可以说,模板合成技术是制备有序材料的有效手段.本文以单分散聚苯乙烯乳胶室温形成的有序膜为模板,采用快速溶胶凝胶方法,制备了聚苯乙烯/二氧化硅…     

三维有序大孔复合材料AgZnO-TiO2的制备及微波辅助光催化性能

采用聚苯乙烯(PS)微球作为模板剂,经溶胶-凝胶及煅烧后处理等方法制备了三维有序大孔复合材料Ag/ZnO-TiO2. 通过傅里叶-红外光谱(FT-IR)、X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS) 、N2吸附-脱附测定和扫描电子显微镜配合X 射线能量色谱仪(SEM-EDS)等测试手段对其组成、结构及形貌等进行了表征. 结果显示,经PS微球处理后的Ag/ZnO-TiO2具有锐钛矿晶型结构,其Ag以单质形式存在. 该复合材料的孔结构排列整齐有序,孔壁为介孔结构,粒子堆积致密,平均孔直径约150 nm,属于三维有序大孔材料(3DOM). 在微波辅助光催化降解甲基橙等染料的实验研究中,该复合材料表现出较好的光催化性能,其活性明显高于P25等单体以及二元体系ZnO-TiO2     

具有微孔/大孔双孔道体系沸石材料的合成

近年来 ,随着精细化工反应中大分子及液相反应的增多 ,沸石催化材料由于其孔道狭窄 ,存在较大扩散阻力 ,越来越不能满足反应的需要 .而多级孔道体系材料由于能同时提供不同大小的孔道 ,因此对解决传质问题将会有很大帮助[14].但目前绝大部分研究集中在中孔 /大孔体系[4 6 ],对于微孔 /大孔体系的研究则较少 .最近 ,Ｈｏｌｌａｎｄ等[7]利用硬球模板技术首次制得微孔 /大孔沸石 ,这类材料中由于存在丰富的大孔 ,对解决扩散阻力较大反应中的传质问题可能会有显著功效 ;同时 ,大孔孔壁是由晶化的微孔沸石构成 ,因此将期望具有较好的水热稳定性…