模板法合成g-C_(3)N_(4)基复合材料及其光催化性能的研究进展

石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))作为一种新型非金属高聚物半导体,具有易于合成、无毒无害、耐酸碱腐蚀、环境亲和性好等性质。独特的层状结构赋予了其较高的比表面积,适中的禁带宽度给予了其较好的光催化性能,使得其在光催化领域受到了广泛的关注。然而,纯相g-C_(3)N_(4)存在着比表面积小、活性位点不足、载流子复合过快和氧化还原能力偏弱等缺点,制约了其光催化领域的有效应用。研究表明,使用模板诱导工艺对g-C_(3)N_(4)进行结构调控可以有效解决上述问题。综述了目前常用于制备石墨相氮化碳的模板法(即硬模板法、软模板法和生物模板法),扩展讨论了多相复合工艺的进展情况,并归纳总结了g-C_(3)N_(4)基材料在光催化降解、CO_(2)转化和制氢等方面的应用情况。

模板法制备多孔Bi_(0.5)La_(0.5)VO_(4)固溶体光催化还原CO_(2)

光催化还原CO_(2)为有价值的化学品为缓解温室效应提供了理想的途径。本工作中,采用纳米球形SiO_(2)模板剂抑制光催化剂颗粒的生长从而合成高比表面积的多孔Bi_(0.5)La_(0.5)VO_(4)(BLV)固溶体光催化材料。得益于纳米SiO_(2)的限域效应,硬模板法制备的固溶体的粒径明显小于固相法制备的体相固溶体。N_(2)吸脱附测试结果显示950℃焙烧下制备的多孔BLV的比表面积为固相法的11.9倍。光催化CO_(2)还原活性评价表明多孔BLV-950固溶体的CO析出速率达0.58μmol·g^(-1)·h^(-1),是体相BLV的3.9倍。这归因于多孔BLV较体相具有更高的载流子分离效率和更低的CO_(2)还原界面阻力。

模板法制备的纳米木质素基分级多孔碳性能研究

文章以纳米木质素(LNP)为碳前驱体,借助模板法制备了LNP基分级多孔碳。相比于单模板法制备的LNP基分级多孔碳(SLC和FLC),纳米SiO_(2)耦合PluronicF127作为双模板剂制备的LNP基分级多孔碳(FSLC)呈现“蜂窝状”结构,并具有典型的介孔特征,介孔率高达87%。作为超级电容器的电极,FSLC展现出了很好的电化学性能,当电流密度为0.5 A/g时,其质量比电容为250 F/g,是SLC质量比电容(95 F/g)的163%。双模板法制备高性能分级多孔碳可为木质素在储能领域的应用提供新途径。

基于PMNT陶瓷的1-3型压电复合材料软模板法制备及其超声换能器研究

医用高频超声换能器广泛应用于人体及生物组织的精细结构成像。1-3型压电复合材料因具有较高的机电耦合系数和较低的声阻抗而成为高频超声换能器的核心材料。基于有限元计算和软模板法设计制备了高性能Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3)陶瓷/环氧树脂压电复合材料,并对材料进行了系统的电学性能测试。结果显示该1-3型压电复合材料具有优异的声学综合性能,其厚度伸缩模式机电耦合系数k t达到70.1%,其声阻抗Z a达19.05 MRayl。利用该材料制备了高频超声换能器,其-6 dB带宽达85%,插入损耗为17.7 dB。结果表明使用软模板法制备的压电复合材料具有适合于超声成像的优异的综合性能,有望促进高频超声换能器的商业化应用。

模板法制备多孔超疏水SiO_(2)/PDMS海绵及油水分离应用

以水玻璃为硅源,采用溶胶-凝胶法制备了超疏水二氧化硅(SiO_(2))气凝胶,将超疏水SiO_(2)气凝胶与聚二甲基硅氧烷(PDMS)均匀混合,并引入蔗糖和葡萄糖作为模板制备了超疏水SiO_(2)/PDMS海绵。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等对其微观形貌和成分进行表征;利用接触角测量仪表征其润湿性能。同时,以油水混合物为模型污染物,研究了SiO_(2)气凝胶掺量及糖的比例对海绵吸附性能的影响。结果表明:制备的SiO_(2)/PDMS海绵具有超疏水亲油性,水接触角(WCA)高达152.1°,且在模拟油水吸附实验中具有良好的去除效果;对植物油和泵油的去除率分别为98%和95%,且经过20次的重复油水分离实验后,SiO_(2)/PDMS海绵的吸附容量和接触角均未发生明显变化,仍具有较好的疏水性能。

基于聚乙二醇(PEG)胶束模板法的SiO_(2)气凝胶微球制备及性能分析

为提高二氧化硅(SiO_(2))气凝胶微球的形貌规整度和疏水性,以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为前驱体,聚乙二醇(PEG)为软模板,水和乙醇为溶剂,氨水为催化剂和PEG亲疏水调节剂,采用碱催化法合成纳米SiO_(2)溶胶分散液,经熟化、烘干和煅烧得到疏水SiO_(2)气凝胶微球。探究PEG分子量和用量、氨水用量、MTMS用量和醇水体积比对微球形貌和导热系数的影响,优化制备工艺;采用扫描电子显微镜、热常数分析仪、比表面积及孔径分析仪以及视频水接触角测量仪等对微球的性能进行分析。结果表明:PEG可在醇水溶液中形成胶束,增溶MTMS,使MTMS的水解、缩合在胶束中进行,防止微球黏连。当PEG分子量为2000 Da,PEG用量为5.0 g,氨水用量为4.5 mL,MTMS用量为5.0 mL,醇水体积比为7∶3时,所制备的SiO_(2)气凝胶微球形貌最佳,平均粒径约为1μm,相互黏连较少,比表面积达432.817 m^(2)/g,孔体积为0.281 cm^(3)/g,平均孔径为2.5 nm,水接触角为137.0°±0.81°,导热系数为0.0380 W/(m·K)。该研究可为疏水性SiO_(2)气凝胶微球的制备提供一定的技术参考。

模板法构建载金核壳中空复合催化剂及催化氧化苯甲醇

探索纳米Au高效固载机制有助于提高Au纳米粒子负载能力、稳定性及分布位置锚定效果,从而构建高性能催化反应体系。采用氨基功能化聚合物模板法构建mCeO_(2)介孔壳层封装纳米Au活性位的Au@H-mCeO_(2)核壳中空复合催化剂。mCeO_(2)优异的氧溢出性能及Au与mCeO_(2)增强性协同作用,使得该催化剂在无溶剂条件下选择性催化氧化苯甲醇制得苯甲醛反应中,表现出明显优于mTiO_(2)和mSiO_(2)壳层催化剂的催化性能。最佳反应条件下,Au@H-mCeO_(2)催化剂催化氧化苯甲醇转化率为60%,制得的苯甲醛选择性为88%。氨基功能化聚合物模板导向的原位固载Au纳米颗粒与mCeO_(2)介孔氧化物封装构筑的复合过程,有助于分散和稳定纳米Au催化活性位,有效抑制其在循环反应和热过滤实验中可能出现的聚集和流失,从而保持较好的催化反应活性和稳定性。

基于高内相乳液模板法构筑的超疏水多孔泡沫

工业含油废水的排放和海洋溢油事故的发生导致水体区域环境遭到了严重破坏,为了实现高效且低成本的油水分离,本研究利用高内相乳液模板法构筑了一种超疏水多孔泡沫。利用扫描电子显微镜、压泵仪、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱对材料的物理、化学结构进行了表征,测试了材料的润湿性:水接触角达146.8°,水滚动角为6°,油接触角几乎为0°,显示出超疏水-超亲油特性,且材料的润湿性可通过调整单体之间的配比进行调控。材料对不同类型的油或有机试剂,吸收倍率在30.17~76.65g/g,显示出优异的吸油能力。材料能有效清理水面浮油和水下重油,并可循环利用,经历10次吸附-脱附实验后,油品的回收效率依然维持在90%左右。进一步研究了材料对油品的吸附过程,结果表明,其对柴油和乙醇的吸附过程更符合伪一阶吸附动力学模型(R^(2)>0.99)。综上表明,该材料是一种吸油倍率高、油回收效率良好且可重复利用的超疏水-超亲油多孔材料,在油水分离领域具有广阔的应用前景。

气泡模板法制备超轻高回弹芳纶气凝胶

气泡模板在纳米材料液相组装过程中具有降低材料密度和调控结构的重要作用。但是,在芳纶纳米纤维液相组装过程中,由于芳纶纳米纤维稳定气泡的效果较差,导致难以使用气泡模板制备轻质芳纶纳米纤维气凝胶材料。因此,介绍了一种芳纶纳米纤维基气凝胶,该气凝胶是使用少量氧化石墨烯,加入芳纶纳米纤维水分散液中,利用气泡模板-冷冻干燥方法制备而成。具有高回弹、低密度的特点。加入固含量0.126%的氧化石墨烯即可显著提高气泡的稳定性,抑制气泡吞并速度,所制备的气凝胶在50%压缩应变时可完全回弹;而不添加氧化石墨烯制备的气凝胶其塑性形变可达28%,回弹性较差。此外,芳纶纳米纤维基气凝胶具有较低的密度(9.8 mg/cm^(3)),表现出优异的高温隔热性能。该轻质高回弹芳纶纳米纤维基气凝胶有望应用于新能源汽车、军工装备和航空航天等领域。

模板法制备多孔g-C_(3)N_(4)光催化剂研究进展

多孔g-C_(3)N_(4)光催化剂具有较高的比表面积和多孔结构,能够提供光生载流子和反应物质的运输通道以及大量活性位点用于氧化还原反应,较好地解决了块状g-C_(3)N_(4)存在的比表面积小、光生载流子复合快及可见光利用效率低等问题。综述了通过硬模板法、软模板法改善块状g-C_(3)N_(4)的结构特性,以及多孔g-C_(3)N_(4)在光催化应用领域的主要研究进展。最后总结了两种制备方法的优劣以及当前面临的关键问题和对未来的展望。

“Stöber”模板法制备Ag@C纳米粒子及其催化性能

采用“Stöber”模板法合成了核-壳-壳结构的Ag@SiO_(2)@RF复合纳米粒子,经过碳化、刻蚀得到了“Rattle型”结构的Ag@C纳米粒子。采用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(RS)、N2吸附及X线粉末衍射(XRD)表征检测,对其形貌、结构进行表征。结果表明:制备的Ag@C纳米粒子具有完整的球形结构、较大的空腔和可移动的纳米银内核,壳层上有介孔,平均孔径为7.8 nm,比表面积为866 m2/g。以2 mg Ag@C为催化剂,室温下用过量的KBH4还原1 mmol/L对硝基苯酚,测试Ag@C纳米粒子的催化性能。结果表明:反应3 min,其转化率为98%,催化剂使用6次活性没有明显下降。

基于冰模板法的多孔地聚合物微结构及其对CO_(2)的吸附性能

【目的】研究冰模板法制备的多孔地聚合物对CO_(2)的吸附性能,从而提供一种制备CO_(2)吸附剂的新方法,进一步拓宽地聚合物的应用范围。【方法】以水玻璃、矿渣为基本原材料,利用冰模板法制备多孔地聚合物,通过压汞法和N2吸附/脱附法表征其孔结构,采用热分析仪研究其对CO_(2)的吸附性能。【结果】冰模板法制备的多孔地聚合物孔径呈三峰型分布,尺寸能从纳米到几微米再到几百微米变化,介孔结构呈现层状结构;多孔地聚合物对CO_(2)的吸附量达到4.07 mmol/g,吸附过程符合准二级动力学模型,其中物理吸附量和化学吸附量分别占总吸附量的7.28%和92.72%。【结论】与其他CO_(2)吸附剂相比,用冰模板法制备的多孔地聚合物具有较高的CO_(2)吸附量,其结合地聚合物本身耐高温和化学稳定性好的特性,可以实现在特定环境条件下的应用,是一种非常有潜力的CO_(2)吸附材料。

基于冰模板法构筑孔道结构的合成策略及研究进展

冰模板法也称为定向冷冻法或冷冻铸造法,具有微观结构可调控性强、原料适用范围广、可制备大尺寸材料等优势,被广泛应用于定向调控陶瓷、聚合物、金属和碳材料等材料的制备领域。探讨冰模板法控制功能纳米材料组装成分级多孔复合材料的影响机制,解析冰模板法与其他材料的加工工艺的相互作用关系,对改善材料性能和开发新材料具有重要意义。该文阐述了冰模板法制备多尺度复杂仿生结构材料的基本原理、合成策略以及孔隙调控作用,并以冰晶成核和生长为重点,总结了冰模板法对孔道结构进行调控的措施。此外,还介绍了冰模板法辅助构造孔几何形状(0D、1D、2D和3D宏观结构),以及组装成块状物体(微球、纤维、薄膜和整体)。最后分析了复合材料的微观结构和宏观形貌的相关性,总结了不同冷冻过程对孔道结构的影响机制,并展望了该领域未来的发展方向。

模板法合成中孔炭材料

在综合分析无机模板法和有机模板法的基础上,提出矿物模板法和复合模板法是制备中孔炭的有效方法。矿物模板法原料价格低廉、来源广泛。复合模板法综合了软模板和硬模板的优点,能够拓展中孔炭的结构、性能和应用领域。以矿物模板制备的炭材料具有良好的电学、医学性能等,有望获得良好性价比的中孔炭材料。

基于乳液模板法的递送体系:增强生物活性物质稳定性和生物利用度

富含生物活性物质的功能性食品和膳食补充剂可以预防和缓解许多慢性疾病。然而生物活性物质稳定性差,在生产加工和贮存过程中易受光、热和氧气作用分解失活,在进入人体胃肠道后易受酶、胃酸和胆汁盐作用转化失活,呈现出较低的生物利用度。递送系统的设计被认为是提高生物活性物质稳定性和生物利用度的良好策略。递送体系的构建方法有很多,其中乳液模板法由于制备简单、稳定性好、可为体系带来特定功能等特点受到广泛关注。因此,该文介绍了乳液模板法的基本原理和基于乳液模板法的各类食品递送体系的制备以及它们递送各类生物活性物质的应用效果,最后总结了乳液模板法的优点并提出了基于乳液模板法的递送体系的研究方向。

自组装CaCO_(3)模板法合成锂离子电池负极材料SnO_(2)@voids@C-SnO及改性研究

基于CaCO_(3)模板法制备出具有三维分级多孔碳骨架结构SnO_(2)@voids@C-SnO材料,并通过溶胶凝胶法进行Ni的添加.利用XRD和SEM对所得产物的晶体结构和微观形貌进行表征,并对电池进行电化学性能测试.结果表明,SnO_(2)@voids@C-SnO材料在电流密度50 mA·g^(-1)时首次放电比容量为1 092 mAh·g^(-1).添加Ni可以有效增加负极材料的比容量.当Ni质量分数达到25%时,材料的首次放电比容量达到1 414.6 mAh·g^(-1),70次循环后的放电比容量仍能保持617 mAh·g^(-1),倍率性能优良.这主要是因为Ni的添加在一定程度上避免了纳米粒子的团聚,缓解了体积膨胀带来的影响,明显改善了负极材料的电化学性能.

模板法制备多级孔ZSM-5沸石分子筛研究进展

ZSM-5分子筛具有可调控的酸性、良好的热稳定性、抗积炭性和择形性催化等特点,但ZSM-5沸石分子筛的小孔径极大地限制了其反应物和产物扩散,也限制了中间产物的扩散。为了克服这种扩散的空间限制,学者们已经研究制备了具有多级孔道结构的ZSM-5沸石分子筛,文中重点介绍了模板法制备多级孔硅铝分子筛的研究方法。

SiO_(2)模板法制备LaMnO_(3)及其催化性能

采用Stober-Frink法由正硅酸乙酯制备出SiO_(2)微球,再将其作为模板剂,采用硬模板法制备LaMnO_(3)。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、N_(2)吸附-脱附等表征手段对制备的LaMnO_(3)进行表征分析,利用循环伏安曲线、线性扫描、蓝电测试等研究手段对其电化学性能及放电性能进行了测试。结果表明:SiO_(2)微球模板可制备出球形空洞的多孔LaMnO_(3),其具有良好的氧还原反应(ORR)活性,比表面积为15.685 m^(2)/g,远大于共沉淀法制备的LaMnO_(3),并作为铝空气电池阴极催化剂材料,相比于共沉淀法制备的LaMnO_(3),其恒流放电稳定、放电电压较高。

乳液模板法制备聚酰亚胺中空微球及其形貌调控

以聚酰胺酸(PAA)为前驱体、甲基硅油(SO)为油相、乙醇和水作为沉淀剂,采用乳液模板法制备了聚酰亚胺(PI)中空微球。重点研究了沉淀剂中乙醇的比例、PAA溶液的固含量及PAA溶液/SO体积比对微球粒径和形貌的影响;采用光学显微镜、扫描电镜、红外光谱和热重分析仪对微球的形成过程、粒径和形貌、化学结构和热稳定性进行了表征。当沉淀剂中乙醇/水体积比为1:1、PAA溶液固含量为6%、PAA溶液/SO体积比为1:1时,PI微球的粒径为4.75μm。制备出的PI中空微球均具有较好的热稳定性,其起始热分解温度为442℃。

颗粒模板法制备表面具有超疏水性生漆膜

用颗粒模板法对生漆膜表面改性,将高温预固化后的漆酚膜表面覆压嵌入碳酸钙颗粒模板,待漆膜完全固化后再用酸洗除去模板,制备得到表面具有超疏水性的生漆膜。通过接触角、红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)等分析方法,研究了改性漆膜表面的润湿性、化学及形态结构。结果表明,当颗粒模板粒径为3000目时,改性漆膜表面的接触角可达153.5°,表现出超疏水特性。生漆膜改性后表面的化学组成未发生变化,但其表面产生了微/亚微米级的复合多孔结构,此多孔粗糙结构是漆膜表面呈现超疏水性的原因。改性漆膜表面还显示出良好的超疏水持久性。