三维有序大孔杂化SiO2的制备、表征及应用

本研究将有机-无机杂化功能材料与有序大孔材料独特的有序开孔结构相结合,在制备的三维有序大孔二氧化硅（3DOM SiO₂）孔壁上可控接枝带有功能基团的聚合物链段,制备3DOM杂化材料。采用表面引发原子转移自由基（SI-ATRP）接枝技术在3DOM SiO₂孔壁上可控接枝聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）链段,讨论了接枝条件对接枝量及接枝链段分子量的影响,并利用FT-IR、SEM、TGA、GPC等对接枝过程进行了表征。PGMA接枝链段上环氧基团可进一步与亲核试剂（二乙醇胺,浓硫酸和二乙烯三胺）发生开环反应,得到一系列带有不同官能团的具有较高接枝密度的功能杂化多孔材料,同时,利用该种材料对水中的水杨酸进行了吸附实验,吸附结果表明经二乙烯三胺开环后得到的功能化多孔材料对水杨酸具有很高的吸附量。本研究对于发展新型杂化多孔材料提供了新的方法。     

三维有序大孔SiW12/SiO2杂化材料的制备及表征

 用自然沉降法组装成规则排列的聚苯乙烯胶晶,并以此作为模板剂,用Keggin结构的杂多酸SiW12和正硅酸乙酯组成溶胶作为先驱物,成功制备了三维有序大孔(3DOM)SiW12/SiO2杂化材料. XRD和IR等测试结果表明,所得样品中的杂多酸SiW12能够保持其Keggin结构,SEM观察显示,样品具有三维大孔规则排列的结构. 研究发现,溶胶组成对杂化材料的3DOM结构影响很大,纯SiW12难以形成3DOM结构,随着SiO2含量的增加,样品的孔结构三维规整性和强度明显增强,而且引入SiO2可有效提高杂多酸的热稳定性.     

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．     

三维有序大孔氨基功能化材料的制备及其对Cr(Ⅵ)的吸附性能

以聚苯乙烯胶晶为模板,3-氨基-丙基-三乙氧基硅烷和正硅酸乙酯为前驱物,合成了三维有序大孔(3DOM)氨基功能化SiO2-NH2材料. SEM观察表明,合成的3DOM材料具有规则整齐的大孔通孔结构,平均孔径在535～596 nm之间,孔径收缩率为4.8%～14.5%. FTIR分析表明,材料中含有氨基等有机基团. BET分析表明,材料的比表面积为10.2 m2/g. 合成的3DOM SiO2-NH2材料对Cr(Ⅵ)离子的吸附能力随着材料中氨基含量的增加而增大,最大吸附量为4.31 mmol/g.     

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.     

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.     

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。     

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.     

三维有序大孔交联聚苯乙烯的功能化及其吸附性能

本研究采用二氧化硅胶体晶模板法制备了孔径为890nm的三维有序大孔交联聚苯乙烯(3DOMCLPS),通过亲核取代反应将亲水性悬臂(二缩三乙二醇,TEG)接枝到3DOMCLPS孔壁,利用TEG另一端的活性羟基,将2-巯基苯并噻唑(MBZ)引入到TEG链段末端.利用红外光谱及元素分析对产物进行了表征.扫描电镜分析表明功能化后的3DOMCLPS保留了结构有序、孔与孔之间相互连通的微观结构特点.测定了该功能化3DOMCLPS对Ag+和Hg2+离子的饱和吸附容量,饱和吸附容量分别为0.78和0.39mmol/g.研究了不同温度下的吸附动力学,相互连通的有序大孔结构有利于引入长链亲水性悬臂,促进孔内外的物质交换.     

表面温度敏感性聚酯薄膜的制备

通过在聚酯(PET)薄膜表面固定原子转移自由基聚合(ATRP)的引发基团,继而引发接枝聚N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM),制备表面具有温度敏感性的聚酯薄膜.利用X射线光电子能谱仪(XPS),衰减全反射傅立叶变换红外光谱仪(FTIR/ATR),扫描电子显微镜(SEM)对接枝改性前后PET薄膜的表面组成,结构和形貌进行分析与表征;利用接触角测试仪对比研究接枝改性前后PET薄膜的表面性能;研究数据表明,随着反应时间的延长,接枝到PET薄膜表面PNIPAM的量在增加.当接枝聚合反应时间为16 h,接枝量达到0.239mg/cm2.表明SI-ATRP具有一定的"活性"特征;接枝PNIPAM改性后的PET薄膜表现出对温度的刺激响应性.     

三维有序大孔Ag/ZrO2-TiO2：制备及紫外光催化降解染料和水杨酸性能

采用聚苯乙烯(PS)微球作为模板剂,经溶胶-凝胶及煅烧后处理的方法制备了三维有序大孔(3DOM)复合材料Ag/ZrO2-TiO2。通过FTIR、XRD、XPS、N2吸附-脱附和SEM-EDS等对其进行了表征。结果显示,经PS微球作用后的复合材料Ag/ZrO2-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高度有序,属三维有序大孔,平均孔直径为120 nm,孔壁由紧密堆积的Ag/ZrO2-TiO2纳米晶粒组成,孔收缩率约为40%。该复合材料表现出较好的紫外光催化降解水杨酸和甲基橙等染料性能,其活性明显高于商用光催化剂(Degussa P-25)、Ag/ZrO2-TiO2和3DOM ZrO2-TiO2,在90 min内对甲基橙的降解率达80.1%。     

三维有序大孔H3PW12O40-SiO2功能材料的制备、表征及催化性能研究

以杂多酸 H₃PW₁₂O₄₀ (PW₁₂)与正硅酸乙酯(TEOS)混合溶胶, 采用胶晶模板法结合煅烧去除模板工艺, 成功地制备了PW₁₂/SiO₂物质的量比在1/10～1/40之间的三维有序大孔(3DOM) PW₁₂-SiO₂催化剂. 经SEM, N₂吸附, XRD和FTIR等研究表明, PW₁₂含量较低的样品, 大孔结构三维规整性十分好. 在410 ℃氧化分解胶晶的条件下, PW₁₂基本保持一级Keggin结构. PW₁₂在样品中以分子簇或微晶存在, 其大小随含量增加而增大. PW₁₂高含量时, 其含氧键的FTIR振动与纯PW₁₂的基本一致, 但低含量时含氧键振动有一定偏移, 显示PW₁₂/SiO₂相互作用较显著. 样品酸性随杂多酸含量增加而增加, 但PW₁₂/SiO₂物质的量比超过1/30时酸性便减小, 呈火山型曲线变化规律. 对1-十二烯烷基化反应的催化活性随PW₁₂/SiO₂物质的量比的变化与酸性变化有相同的规律. 但所有样品的催化反应活性均远高于纯PW₁₂, 并且有良好的重复使用性能, 使用4次后仍保持新鲜催化剂活性的78%.     

Preparation and Characterization of Three-dimensionally Ordered Crystalline Macroporous CeO2

Three-dimensional ordered macroporous (3DOM) materials are of great potential importance in catalysis, selective separation, sensor arrays and communications with optical band gaps1. Many results in the synthesis of 3DOM materials have been reported, such as closed-packed silica spheres or polystyrenes (PS) templating routes for silica2, metal oxides1-6 and metals7. Recently, poly(methyl methacrylate) (PMMA) colloidal crystal templates have been used to prepare 3DOM materials of metals8,…     

三维有序大孔锂离子筛的制备及其交换性能研究

由110 nm聚苯乙烯(PS)微球组装晶体胶体模板,并用此模板合成三维有序大孔(3-dimensionally ordered macroporous,3DOM)锂离子筛前驱体Li4Ti5O12,用1.0 mol.L-1的盐酸改型制得锂离子筛H4Ti5O12(LiTi-H)。用XRD、SEM、饱和交换容量、pH滴定曲线等表征了材料的形貌、结构和离子交换性能。同时测定了25℃时LiTi-H在0.05 mol.L-1Li+体系吸附锂的动力学数据,并采用吸附动力学Bangham方程和Elovich方程关联离子筛LiTi-H对Li+的离子交换动力学数据。结果表明:PS胶体晶体模板和3DOMLi4Ti5O12锂离子筛前驱体均排列规则有序,大孔直径约90 nm,Li4Ti5O12为尖晶石结构;3DOM Li4Ti5O12酸稳定性好,锂离子筛LiTi-H对Li+具有较高的选择性,对Li+的饱和交换容量达56.70 mg(Li+).g-1;动力学模型用Elovich模型关联较好,离子筛对Li+的离子交换动力学方程是Q=-26.510 4+11.977 4lnt(25℃)。     

三维有序大孔LiAlMnO_4的合成及其Li~+脱嵌行为(英文)

<正>In the past half century,several methods like solvent extraction[1],precipitation[2]and ion exchange[3,4]have been extensively studied for lithium recovery from seawater and salt lake brine.     

Reverse atom transfer radical polymerization of methyl methacrylate with FeCl3/pyromellitic acid

Iron^III chloride coordinated by pyromellitic acid was successfully used as the catalytic system in reverse atom transfer radical polymerization of MMA. Well-defined poly(methyl methacrylate) with narrow molecular weight distribution was synthesized in N,N-dimethylformamide at 80-110 °C. Chain extension was performed to confirm the living nature of the polymer. The presence of the end chloride atom on the resulting PMMA was demonstrated by ¹HNMR spectroscopy. This catalyst system is effective for reverse ATRP of methacrylates but not for acrylates.     

三维有序大孔复合材料Bi2O3/TiO2制备与多模式下光催化降解结晶紫

以TiO2为基体,在聚苯乙烯(PS)胶球和EO20PO70EO20(P123)两种模板剂作用下通过溶胶-凝胶及煅烧后处理方法制备了三维有序大孔纳米复合材料Bi2O3/TiO2.经傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、X-射线衍射(XRD)、等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)、X-射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和N2吸附-脱附等物理测试手段对其组成、结构、形貌及表面物理化学性能进行了表征.结果表明,该复合材料晶型结构良好,孔结构排列整齐有序,孔壁呈介孔结构,属于三维有序大孔材料(3DOM).与TiO2相比,3DOM-Bi2O3/TiO2对光的吸收至少红移60 nm,且红移至可见区.在紫外光、可见光以及微波辅助等多模式光催化降解结晶紫的实验中,复合材料3DOM-Bi2O3/TiO2表现出良好的光催化活性,其活性明显高于P25、Bi2O3和Bi2O3/TiO2.同时,该复合材料针对不同类型的染料均表现出较好的紫外光降解效果,且3次循环实验后,依旧保持较高活性.     

三维有序大孔Fe_2SiO_4/SiO_2@C锂离子电池负极纳米玻璃陶瓷-碳复合材料制备及电化学性能

以聚苯乙烯(PS)胶晶作为铸模,采用纳米铸造工艺及后续煅烧的方法合成了三维有序大孔Fe_2SiO_4/SiO_2@C纳米玻璃陶瓷锂离子电池负极材料。溶胶-凝胶工艺产生的凝胶在650℃氩气氛炉中煅烧后,Fe_2SiO_4纳米晶体从含铁元素的SiO_2基玻璃中结晶析出,形成由Fe_2SiO_4纳米晶体、铁离子(Fe3+)修饰的玻璃态SiO_2和非晶碳组成的三维有序大孔纳米玻璃陶瓷。在50 m A·g~(-1)电流密度下进行充放电时,其放电容量可达450 m Ah·g~(-1)以上,电流密度增加到250 m A·g~(-1)时可逆放电容量仍旧稳定地保持在260 m Ah·g~(-1),而具有同样有序大孔结构和含碳量的非晶态SiO_2@C材料的放电比容量在50 m A·g~(-1)电流密度时仅为15 m Ah·g~(-1)。这些结果表明,Fe_2SiO_4纳米晶体及Fe~(3+)有助于SiO_2基玻璃陶瓷实现可逆储锂过程。     

三维有序大孔Fe2SiO4/SiO2@C锂离子电池负极纳米玻璃陶瓷-碳复合材料制备及电化学性能

以聚苯乙烯（PS）胶晶作为铸模,采用纳米铸造工艺及后续煅烧的方法合成了三维有序大孔Fe₂SiO₄/SiO₂@C纳米玻璃陶瓷锂离子电池负极材料。溶胶-凝胶工艺产生的凝胶在650℃氩气氛炉中煅烧后,Fe₂SiO₄纳米晶体从含铁元素的SiO₂基玻璃中结晶析出,形成由Fe₂SiO₄纳米晶体、铁离子（Fe³⁺）修饰的玻璃态SiO₂和非晶碳组成的三维有序大孔纳米玻璃陶瓷。在50 mA·g^-1电流密度下进行充放电时,其放电容量可达450 mAh·g^-1以上,电流密度增加到250 mA·g^-1时可逆放电容量仍旧稳定地保持在260 mAh·g^-1,而具有同样有序大孔结构和含碳量的非晶态SiO₂@C材料的放电比容量在50 mA·g^-1电流密度时仅为15 mAh·g^-1。这些结果表明,Fe₂SiO₄纳米晶体及Fe³⁺有助于SiO₂基玻璃陶瓷实现可逆储锂过程。