三维有序大孔材料的制备及在催化领域的应用

三维有序大孔材料具有均一、有序的大孔结构,制备3DOM材料主要以胶体晶体模板法为主;综述了以胶体晶体模板技术制备金属、金属氧化物、聚合物、碳材料等各类三维有序大孔材料的方法,从制备和催化应用两方面介绍了三维有序大孔材料的研究进展;评述了三维有序大孔材料多孔结构应用于催化领域的优势,并对其中的不足提出了加以改善的措施。

胶体晶体模板法制备三维有序大孔材料的研究进展

介绍了自然沉降法、离心沉降法、过滤法、垂直沉积法、蒸发自组装法、物理限制法和电泳沉积法等各种胶体晶体自组装方法,重点介绍了采用浸渍法和纳米晶体共沉积法对胶体晶体模板进行填充的工艺以及除去胶体晶体模板获得三维有序大孔(3DOM)材料的方法,探讨了3DOM材料结构组分、孔壁结构、层次孔隙和微球形态等控制因素对孔结构的影响,论述了3DOM材料在各领域的最新应用进展,指出了目前3DOM材料的研究重点和有待解决的问题,并展望了可能的发展趋势。

三维有序大孔材料的制备及应用

主要介绍了胶晶模板法制备三维有序大孔材料(3DOM),详细阐述了单分散微球的合成、胶晶模板的排列、前驱物的填充以及胶晶模板的去除,同时还归纳了3DOM材料在催化剂载体、过滤及分离材料、光子晶体和光学传感器等方面的应用,并指出了目前急需要解决的问题。

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。

三维有序大孔材料应用研究进展

三维有序大孔(3DOM)材料兼有有序大孔结构和固体材料本身两种特性,受到人们普遍关注。介绍了3DOM材料结构,并综述了近年来3DOM材料的应用研究,如作为催化材料、载体、电极材料、传感器、光子晶体和磁性材料等;对3DOM材料未来的发展做出了展望。

单分散聚苯乙烯微球合成及在三维有序大孔材料制备中的模板作用

通过乳液聚合得到了单分散的聚苯乙烯(PS)微球乳液并通过阳离子破乳沉降法实现PS微球自组装,得到了紧密堆积的PS微球的胶体模板剂。向PS胶体模板的空隙填充硅溶胶,再通过焙烧去除模板得到三维有序大孔(3DOM)二氧化硅(SiO_2)材料。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、红外和热重分析等对合成的3D大孔SiO_2材料进行表征。结果表明:使用粒径不同的PS微球作为模板,制得的3D大孔SiO_2材料的孔径在200~400nm之间。该制备方法为多孔材料的制备开拓了一条可行、便捷的途径。

三维有序大孔复合材料Ag/ZnO-TiO_2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.通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、N2吸附-脱附和扫描电子显微镜配合X射线能量色散谱(SEM-EDS)等手段对其组成、结构及形貌等进行了表征.结果表明,经PS微球处理后的Ag/ZnO-TiO2具有锐钛矿晶型结构,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,平均孔直径约为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,其活性明显高于商用光催化剂(Degussa P-25)等单体以及ZnO-TiO2二元体系.

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(threedimensionalorderedmacroporousmaterial,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。

三维有序大孔复合材料Ag/TiO_2的制备与不同模式下的光催化性能

采用聚苯乙烯(PS)微球和EO20PO70EO20(P123)作为模板剂,通过溶胶-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/TiO2(3DOM Ag/TiO2).经傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、紫外-可见漫反射吸收光谱、X射线光电子能谱、N2吸附-脱附测试和扫描电子显微镜配合X射线能量色散谱等测试手段对其组成、结构及形貌等进行了表征.结果显示,该复合材料的孔结构排列整齐有序,孔壁呈现介孔结构且分布均匀,属于三维有序大孔材料.该3DOM Ag/TiO2具有锐钛矿晶相,其Ag以单质形式存在.与商用光催化剂(Degussa P-25)相比,3DOM Ag/TiO2对光的吸收红移至可见区.考察了3DOM Ag/TiO2在紫外光、可见光以及微波辅助等不同模式下光催化降解有机污染物的性能.结果显示,其活性明显高于P-25和Ag/TiO2,且针对不同类型的有机污染物均表现出较好的光催化性能.

载邻菲罗林配体的三维有序大孔聚苯乙烯材料的制备及表征

采用胶体晶模板法合成了结构规整的三维有序聚合物材料,并在孔壁上引入了氯甲基。以氯甲基化的孔材料为基础进一步将含双齿N的邻菲罗林配体引到孔壁上,实现了聚合物孔材料的功能化,并通过扫描电镜(SEM),红外光谱(FT-IR)及热失重对各步所得产物进行表征。结果表明,成功将邻菲罗林配体负载到孔内,功能化后的孔材料很好地保持了三维有序大孔材料的结构特征,且孔材料在200℃左右呈现较好的耐热性。

胶晶模板法合成三维有序大孔金属氧化物材料

以自然沉积组装的聚苯乙烯(PS)微球为胶体模板,分别以浓度为50%的钛酸四丁酯醇溶液和锆酸四丁酯醇溶液为前驱体对模板进行填充,最后通过煅烧除去模板得到了三维有序大孔(3DOM)TiO2、ZrO2材料。从SEM照片可观察到,3DOMTiO2、ZrO2材料可以看成是PS模板的逆复制,孔径大小均匀,与PS模板相比具有一定的收缩。进一步通过TEM照片观察,3DOM材料整体上呈面心立方结构,孔壁完整致密。XRD显示,制备的3DOM的TiO2和ZrO2孔壁分别为锐钛矿型和单斜晶型。

Keggin结构三维有序大孔PMo_(12)-SiO_2材料的制备与表征

以三维有序大孔SiO2为载体,采用等体积浸渍法将Keggin结构的12-磷钼酸(PMo12)固载化,制备了三维有序大孔PMo12-SiO2材料,利用IR、TG-DTA、XRD、SEM及低温N2吸附等测试手段对制备的样品进行了表征。结果表明,负载后磷钼酸的热稳定性显著提高,经500℃焙烧后,其Keggin结构依然保持;负载后,样品具有三维有序的大孔结构;磷钼酸以微晶形式高度分散在载体的孔隙中,其对孔隙的填充作用使载体的比表面积由125.4 m2/g下降到24.4 m2/g。

三维有序交联聚苯乙烯大孔材料的制备及其功能化

利用二氧化硅模板法,采用苯乙烯-二乙烯基苯自由基共聚方法制备了孔径在200～1020nm的三维有序交联聚苯乙烯大孔材料,并在此基础上通过氯甲基化反应对所制备的有序孔材料进行孔壁功能化。对所制备的三位有序交联聚苯乙烯孔材料及氯甲基化后的形貌进行了扫描电子显微镜表征。结果表明,所制备的有序孔材料孔径均一、结构有序,氯甲基化后的孔材料保持了原有孔材料的有序结构。红外光谱分析表明氯甲基基团已被成功地引入了有序孔材料,并且主要发生在苯环的对位。通过热重-滴定分析方法确定了引入到有序孔材料的氯相对含量为5.52mmol/g。

胶体晶体模板法制备三维有序大孔材料及其应用

胶体晶体模板法是制备三维有序大孔材料的重要方法,其制备过程一般为:首先将单分散胶体微球组装成有序的胶体晶体形成模板;其次将前驱物填到模板间隙转化为固体骨架;最后去除模板得到相应3DOM材料。胶体晶体模板的制备、填充、去除是制备三维有序大孔材料的关键步骤,本文对此做了具体阐述并探讨了其中的几个影响因素,并论述3DOM材料的在催化、吸附领域的最新应用进展。

无皂乳液聚合制备三维有序聚合物大孔材料

采用氨催化水解正硅酸乙酯制备了单分散二氧化硅微球,通过透射电子显微镜观察微球的粒径及其单分散性。利用垂直沉积法制备二氧化硅胶体晶体,通过扫描电子显微镜观察其形貌,利用紫外-可见光分光光度计对其带隙结构进行表征。结合模板技术,采用无皂乳液聚合制得三维有序聚苯乙烯大孔材料,通过扫描电子显微镜观察结构的有序度。结果表明:聚苯乙烯大孔材料结构高度有序,形成开放的三维通道网络,为聚合物大孔材料在诸多领域的潜在应用提供了可能。

三维有序大孔复合材料H_6P_2W_(18)O_(62)/TiO_2制备与多模式光催化

采用聚苯乙烯(PS)微球做模板,以甲醇真空法制备的三维有序大孔材料(3DOM)TiO_2为载体,通过浸渍法将其与多酸H_6P_2W_(18)O_(62)复合制备成3DOM H_6P_2W_(18)O_(62)/TiO_2。通过傅立叶-红外光谱(FT-IR)、X射线粉末衍射(XRD)、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-脱附等表征手段对所合成材料的光吸收性质、结构和晶相进行了表征,结果表明,3DOM H_6P_2W_(18)O_(62)/TiO_2复合材料中多酸仍然保留其Dawson结构,且晶型结构以TiO_2锐钛矿结构为主。为考察所合成纳米复合材料3DOM H_6P_2W_(18)O_(62)/TiO_2的光催化活性,选用甲基橙为模型分子,在紫外光、可见光和微波辅射等多模式作用下,对其进行了光催化活性的研究。结果显示,紫外光催化过程中纳米复合材料3DOM H_6P_2W_(18)O_(62)/TiO_2的活性最高,且在可见光、微波作用下3DOM H_6P_2W_(18)O_(62)/TiO_2对染料均具有一定的降解效果。

三维有序大孔杂化材料SiW_(11)O_(39)^(8-)-SiO_2和γ-SiW_(10)O_(36)^(8-)-SiO_2的制备与表征

通过溶胶 -凝胶和聚苯乙烯模板等方法制备了含缺位 Keggin阴离子 Si W1 1 O8- 3 9和 γ-Si W1 0 O8- 3 6的三维有序大孔杂化氧化硅复合材料 ,并通过紫外漫反射光谱 ( UV/ DRS)、傅里叶变换红外光谱 ( FTIR)、固体核磁共振波谱 ( MAS NMR)等手段对其结构进行了表征 .结果表明 ,杂化材料中的 Keggin阴离子仍保留其基本骨架结构 ,但其与氧化硅基体之间存在化学作用 .杂化材料的孔道结构用扫描和透射电子显微镜 ( SEM和TEM)进行表征 ,其平均孔径为 ( 335± 5 0 ) nm.对杂化材料孔壁的微孔性通过氮气吸附进行了测定 .此类材料对水溶液中羟基丁二酸的降解反应具有活性 ,光催化过程中未发现 Keggin阴离子自载体中脱落的现象 .

三维有序大孔硅材料载体固定化脂肪酶研究

以聚苯乙烯胶体晶体为模板制备三维有序大孔硅材料（3DOM-SiO_2）,以其作为载体来固定脂肪酶。分别考察了脂肪酶加入量、反应体系pH、固定反应时间对固定化效果的影响。结果表明,3DOM-SiO_2材料固定脂肪酶的最佳酶液加入量为200 mL/g,固定化最适宜pH为7.0,最佳反应时间为5 h。固定化的脂肪酶在催化性能上与游离脂肪酶相比优势明显,最适宜反应温度提高到40℃左右,并且酶活随温度变化率低,热稳定性明显提高;脂肪酶固定化后对pH的敏感度降低,适应范围更宽,催化反应的最适pH为8.0;固定化脂肪酶重复使用8次后,相对酶活保持在62%。由此可见,3DOMSiO_2材料是固定脂肪酶的优良载体,在酶固定化领域应用前景广阔。

三维有序大孔聚苯胺材料的研究进展

三维有序大孔材料具有高比表面积、孔隙率高、三维结构有序等特点,而微观上聚苯胺(PANI)形貌的差别直接影响着其各种性能,如何控制聚苯胺的微观结构,使其兼具导电高分子和纳米材料的双重特性,从而拓展PANI的应用范围,大量研究人员展开了深入的研究。文中介绍了三维有序大孔聚合物材料的主要制备方法、结构,对其研究和应用作了简要概述。

三维有序大孔钙钛矿LaFeO_3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3mmol/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300～700nm.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300nm和32%,大孔孔壁平均厚度约50nm.该催化剂对炭黑颗粒催化燃烧的T10,T50,T90和SmCO2分别为340,412,458oC和99.8%,性能优于纳米LaFeO3催化剂.