有序介孔炭的合成及液相有机大分子吸附性能研究

分别采用有序介孔氧化硅SBA-15和NaY分子筛为硬模板合成了系列有序介孔炭OMC和微孔炭CFY. N₂静态吸附测试表明, 所合成的介孔炭具有丰富的介孔结构和集中的介孔分布. 以亚甲基蓝为探针分子, 研究其在有序介孔炭OMC和微孔炭CFY上的吸附行为. 研究结果表明, 有序介孔炭中大于3.5 nm的大介孔孔容是决定亚甲基蓝吸附容量和吸附速率的关键因素. 吸附动力学理论研究表明, 准二级动力学方程可以很好地描述亚甲基蓝分子在介孔炭上吸附动力学行为.     

NPE在有序介孔炭上的吸附行为研究

采用有序介孔硅为硬模板制备了具有不同孔径的有序介孔炭(OMCs). 氮气吸附测试表明, 有序介孔炭具有丰富的介孔表面和集中的介孔分布. 以壬基酚聚氧乙烯醚(NPE)为探针分子, 研究了大分子酚类在有序介孔炭上的吸附行为. 吸附研究表明, NPE在有序介孔炭上的吸附满足Langmuir吸附模型. 孔结构分析表明, 大于1.5 nm的孔的表面积是决定NPE吸附量的关键因素, 而有序介孔炭的最可几孔径决定吸附速率的大小. 与吸附量相比, 吸附速率更容易受环境温度的影响. 动力学研究表明, NPE在有序介孔炭上的吸附满足准二级动力学方程.     

NPE在有序介孔炭上的吸附行为研究

采用有序介孔硅为硬模板制备了具有不同孔径的有序介孔炭(OMCs). 氮气吸附测试表明, 有序介孔炭具有丰富的介孔表面和集中的介孔分布. 以壬基酚聚氧乙烯醚(NPE)为探针分子, 研究了大分子酚类在有序介孔炭上的吸附行为. 吸附研究表明, NPE在有序介孔炭上的吸附满足Langmuir吸附模型. 孔结构分析表明, 大于1.5 nm的孔的表面积是决定NPE吸附量的关键因素, 而有序介孔炭的最可几孔径决定吸附速率的大小. 与吸附量相比, 吸附速率更容易受环境温度的影响. 动力学研究表明, NPE在有序介孔炭上的吸附满足准二级动力学方程.     

磁性有序介孔炭的合成及新应用

有序介孔炭作为一类崭新的功能材料,因具有高比表面积、孔径分布集中、孔径结构可调、大孔容、高度热稳定性和机械稳定性等优异特性而备受瞩目,广泛应用于水体净化、催化及光、电、磁等领域。其极佳的生物相容性使其在药物负载领域有巨大的潜在应用价值。根据磁性有序介孔炭材料的最新研究动态和应用研究热点,本文综述了磁性有序介孔炭合成作用机理、药物负载效率和介孔结构(如比表面、孔容、孔径分布)制约因素。讨论分析了各种合成方法的优劣和孔结构参数制约载药量的研究瓶颈。并着重对磁性有序介孔炭在医药领域的新应用进行了阐述和评价。旨在为探讨磁性有序介孔炭在优化合成工艺技术参数、提高药物负载量和靶向释药应用趋势方面提供理论导向。     

介孔炭表面性质对吸附去除低浓度氨性能的影响

室内环境中低浓度氨污染普遍存在,影响人的身体健康,而消除这些低浓度的氨相对困难。本文报道了一种适用于低浓度氨吸附去除的介孔炭材料,其性能明显优于经硝酸处理的活性炭材料。该介孔炭采用磷酸铝为硬模板制备,炭表面存在大量含氧官能团,研究显示炭表面羧基和内酯基在吸附氨过程中发挥着重要作用,它们作为酸性中心与氨发生化学作用,可以有效地捕获空气中低浓度的氨污染物。     

碳化物修饰的有序介孔炭的制备及其催化肼分解性能

 以间苯二酚和甲醛为炭源, F127 (EO₁₀₆PO₇₀EO₁₀₆) 为结构导向剂, 在酸性水/乙醇溶液中引入 (NH₄)₆Mo₇O₂₄•4H₂O 或 (NH₄)₂WO₄ 溶液, 经静置自组装形成凝胶, 再于 N₂ 中焙烧即合成出金属碳化物修饰的有序介孔炭材料. 结果表明, 金属离子的种类和用量对碳化物的分散度和介孔炭的有序度影响很大. 通过控制金属离子的用量可制备出粒径为 3~5 nm 且高度分散在介孔炭骨架中的碳化物粒子. 与分步浸渍法相比, 一步法制备的碳化物具有更高的分散度和催化肼分解活性.     

孔径渐变的有序介孔炭的合成及电化学应用

以SBA-15为模板,硼酸为孔道扩张剂,蔗糖为碳源制备了一系列孔径渐变的有序硼杂介孔炭材料,并研究了其电化学电容性能。氮气静态吸附测试表明,当硼酸物质的量分数从0%增大到75%时,介孔炭的孔径从3.3nm增大至8.1nm,并保持有序的介孔结构。电化学测试表明,在KOH电解液中,硼杂介孔炭比电容明显高于未掺杂硼有序介孔炭,孔道有序性和孔径大小共同影响了炭材料的电容性能。当硼酸物质的量分数为50%时,炭材料的比电容性能最优。     

氨基功能化介孔二氧化硅对布洛芬的吸附和缓释性能研究

采用后合法对介孔二氧化硅SBA-15进行氨基改性,并以改性后材料NH2-SBA-15为载体,以疏水性药物布洛芬(IBU)为模型药物分子,通过浸渍法把IBU填充到载体的孔道内。利用XRD、低温N2吸附-脱附和FT-IR等测试手段,研究了载体的结构及载体与药物间的相互作用。结果表明,IBU通过扩散和化学吸附作用填充到了载体的孔道内,并且载体表面与IBU间存在较强的化学作用。体外模拟释放实验结果显示,与未改性的SBA-15相比,改性后样品NH2-SBA-15对IBU的释放较慢,体现了明显的药物缓释性能。     

热解条件对氮杂有序介孔炭材料电催化性能的影响

氧还原反应是燃料电池及金属空气电池中极其重要的电化学反应之一,贵金属铂基催化剂被认为是最有效的氧还原反应电催化剂.然而,贵金属铂的资源稀缺以及高成本问题阻碍了相关技术的大规模应用,探索发展廉价高效的贵金属替代型催化剂是推动燃料电池发展的根本解决方案.近年来,人们在非贵金属催化剂开发方面取得了显著进展,其中新型纳米结构掺杂炭材料研究尤为活跃.氮杂有序介孔炭材料由于其高比表面积和独特的孔结构,在燃料电池技术上具有广泛的应用前景.在氮杂有序介孔炭材料的制备过程中,热解条件对炭材料组成、结构及电催化性能有着重要影响.然而,目前尚未见对氮杂炭材料制备过程中热解条件的影响进行系统研究.
　　本文采用我们发展的蒸汽化-毛细管冷凝法,以SBA-15为硬模板浸渍前驱体吡咯,制备出具有高比表面积和独特孔结构的氮杂有序介孔炭材料,系统研究了热解条件(包括热解温度、热解时间和升温速率)对炭材料组成、结构及电催化性能的影响,采用N2吸附-脱附等温线、X射线光电子能谱(XPS)及Raman光谱等方法考察了氮杂有序介孔炭材料的结构和组成,采用循环伏安法与旋转环盘电极研究了其电化学行为与氧还原反应电催化活性及选择性.
　　N2吸附-脱附等温线显示,氮杂炭材料对应IV型吸附-脱附等温线,孔径主要分布在2–10 nm,表明所制材料具有介孔结构.随着热处理温度升高,氮杂有序介孔炭材料比表面积先增加而后降低,热处理时间的延长有利于比表面积增大,但升温速率对所制炭材料比表面积没有明显影响,当升温速率为30 oC/min,900 oC焙烧3 h时,氮杂有序介孔炭材料的比表面积达到最大值888 m2/g. XPS测试结果表明,随着热处理温度升高,氮杂有序介孔炭材料中含氮基团的分解进一步加深,使N含量逐渐降低.延长热处理时间亦然,而升温速率的改变对N含量无明显影响.在热处理温度较低时(600 oC),所得材料中N主要以吡咯氮和吡啶氮的形式存在;当温度达到800 oC以上,吡咯氮转化为吡啶氮和骨架氮,且主要以骨架氮形式存在,说明氮杂有序介孔炭材料的石墨化程度逐渐升高. Raman光谱结果显示,随着热处理温度升高, ID/IG逐渐降低,进一步印证了温度对石墨化程度的影响.
　　电化学测试结果表明,随着热处理温度升高,氮杂有序介孔炭材料的氧还原反应电催化活性逐渐升高,但是当热处理温度从900 oC升至1000 oC时,氧还原反应活性增加很小;升温速率与热处理时间对氧还原反应电催化活性的影响均不明显.与商品Pt/C催化剂相比,900 oC以上所制催化剂均表现出更优异的氧还原电催化活性与选择性.由此可见,热处理温度是决定碳源热化学行为的关键因素,进而决定炭材料表面组成与结构.电化学研究结果表明,800 oC以上进行热处理碳化,所生成石墨化微晶可有效促进电子传递,降低欧姆极化损失,同时,较高的处理温度可促进骨架氮掺杂,从而构建出高效氧还原反应活性位点.因此,氮杂型炭催化剂的组成、结构与电化学性能更多地受控于热处理过程中的热力学,而非热解动力学过程.     

有序介孔二氧化硅对正丁醛的吸附性能

合成了一系列具有不同孔结构与性质的有序介孔二氧化硅材料SBA-15、MCM-41、SBA-16、KIT-6, 同时通过改变水热温度制备了不同孔径大小的SBA-15, 并利用小角X射线散射、透射电镜、扫描电镜和氮气吸附-脱附等手段, 对其介孔结构进行了表征. 以正丁醛为探针分子, 考察了其对有机醛的吸附, 并与Y-沸石的吸附性能做了对比. 结果表明, 材料的介孔比表面积与其对正丁醛的吸附量成正比, 吸附等温线符合Langmuir 模型, 属于单层吸附, 具有最大介孔比表面积的MCM-41对正丁醛的吸附量最大(484 mg·g^-1). 最后将SBA-15添加到卷烟滤嘴中, 实验结果表明, SBA-15能显著降低卷烟烟气中巴豆醛的释放量.     

维生素B12在玻碳电极上的伏安行为及测定

在以0.1 mol/L KCl为支持电解质、pH 4.56的Britton-Robinson缓冲溶液中,维生素B12在玻碳电极上于-0.68 V(vs. Ag/AgCl)处产生灵敏的还原峰,该峰的电化学还原反应机理为具有吸附特性的不可逆过程.当VB12的浓度较低、搅拌吸附时间较长且扫描速度较快时电极反应可完全由吸附态的VB12所控制,在电极上的吸附模式符合Frumkin等温式.VB12浓度在5×10-9～ 5×10-8 mol/L范围内与还原吸附峰电流呈线性关系,据此对VB12样品进行测定,取得了较好的结果.     

多壁碳纳米管修饰电极同时测定维生素B2、B6、B12和维生素C

制备了多壁碳纳米管修饰玻碳电极(MWNT/GCE),研究了维生素B2、B6、B12和维生素C共存时在该电极上的电化学行为.实验发现,在HAc-NaAc缓冲溶液中,该电极可同时测定以上四种维生素,线性范围分别为1.0×10-6～1.0×10-4 mol/L、5.0×10-5～2.0×10-3 mol/L、5.0×10-5～7.5×10-4 mol/L和5.0×10-5～2.0×10-3 mol/L,其检出限分别为7.0×10-7 mol/L、1.0×10-5 mol/L、2.5×10-5 mol/L和5.0×10-6 mol/L.样品分析的RSD分别为1.66%、1.71%、2.26%和1.46%.方法简便快捷,可用于四种维生素同时分析测定.     

不同孔径的介孔碳分子筛对VB12的吸附性质研究

摘要利用SBA-15为模板, 在不同温度下合成了孔径大小在3.7(CMK-3-100)和6-3 nm(CMK-3-150)之间的介孔碳， 以其作为吸附剂, 研究了它们在水溶液中对VB12的吸附作用. 结果表明, CMK-3-130与CMK-3-100和CMK-3-150相比， 表现出对VB12最大的吸附能力(吸附能力为412.5 mg/g), 这是因为它有比较高的有序结构和比较大的孔容.     

Electrochemical Oxidation and Detection of Morphine at Ordered Mesoporous Carbon Modified Glassy Carbon Electrodes

In this work, three ordered mesoporous carbons (OMCs) with different structural parameters were synthesized by a simple variation of the hydrothermal temperature of the silica templates (SBA‐15). X‐ray diffraction and nitrogen adsorption‐desorption results show these OMCs exhibit an ordered 2D hexagonal mesostructure with tunable pore diameter. OMC‐modified glassy carbon electrodes exhibit efficient electrocatalytic reactivity toward oxidation of morphine (MO). The amperometric detection of MO in pH 7.0 phosphate buffered saline at +0.39 V versus Ag/AgCl is the lowest potential reported to‐date. A linear range from 0.2 to 197.6 μM and a detection limit of 0.03 μM MO were obtained.     

Synthesis of Ordered Mesoporous Carbon Materials by Dry Etching

A novel synthesis method for ordered mesoporous carbons is presented. The inverse replication of a silica template was achieved using the carbonization of sucrose within mesoporous KIT‐6. Instead of liquid acid etching, as in classical nanocasting, a novel dry chlorine etching procedure for template removal is presented for the first time. The resultant ordered mesostructured carbon material outperforms carbons obtained by conventional hard templating with respect to high specific micro‐ and mesopore volumes (0.6 and 1.6 cm³ g^?1, respectively), due to the presence of a hierarchical pore system. A high specific surface area of 1671 m² g^?1 was achieved, rendering this synthesis route a highly convenient method to produce ordered mesoporous carbons.     

维生素b12在多壁碳纳米管修饰玻碳电极上的电化学行为及其分析测定

维生素b12;多壁碳纳米管;循环伏安法;修饰电极     

Bioanalytical Application of the Ordered Mesoporous Carbon Modified Electrodes

An ordered mesoporous carbon modified electrode (OMCE) was prepared by film forming method. The electrochemical behavior of the OMCE was evaluated in connection with the electrochemistry of some electroactive biospecies, such as ascorbic acid (AA), acetaminophenol (AP), cysteine (CySH), dopamine (DA), epinephrine (EP), uric acid (UA), β‐nicotinamide adenine dinucleotide (reduced disodium salt hydrate, NADH), and hydrogen peroxide (H₂O₂) with cyclic voltammetry. Compared with the conventional carbon nanotubes (CNT) and graphite powder (GP) modified electrodes, the OMCE provided the best electrochemical reactivities in all cases associated with decreased over potential, better‐defined peak shape, and higher sensitivity. In addition, the OMC, CNT, and GP modified electrodes were employed as sensitive sensors for H₂O₂ and NADH quantification and as stable platforms for the fabrication of glucose and ethanol biosensors on which the enzymes were immobilized.     

Preparation of Magnetic Ordered Mesoporous Carbon Composite and Its Application in Direct Electrochemistry of Horseradish Peroxidase

A novel magnetic ordered mesoporous carbon composite was prepared. Electrochemical measurements showed that the ordered mesoporous carbon composite provided an excellent matrix for the co‐adsorption of horseradish peroxidase (HRP). HRP could be separated and collected by the application of a magnetic field and its direct electron‐transfer could be achieved in the solution, not on the electrode thereby preventing the degradation of the enzyme. The cyclic voltammetric experimental results of HRP indicated that HRP displayed a pair of stable peaks with a formal potential of ?0.306 V in PBS. The resulting biosensor exhibited fast amperometric response to hydrogen peroxide.