基于天然生物模板构建纳米材料及集成催化剂研究进展

新型纳米催化材料的设计、制备与应用是近年来催化领域的研究热点之一。具有复杂精细分级结构的生物模板在自然界中普遍存在,可作为软模板、硬模板或载体制备高连通性多级孔纳米材料,且通过制备条件参数的调控,其既能保留生物模板的宏观形貌和微纳结构,又能将生物模板原先的化学组成置换或负载所需催化组分(金属、金属氧化物、分子筛等),为纳米材料和集成催化剂的设计提供了新思路。而该类集成催化材料的“多层次空间结构”是现有制备技术很难获得的或者所需制备流程相对烦琐。本文从几种不同来源的典型生物模板出发,介绍了基于生物模板构建纳米材料及集成催化剂的方法,总结了该类集成纳米材料在催化领域的研究现状与应用实例,并对未来采用生物模板制备多化学组成的集成催化剂进行了展望。

生物模板辅助水热合成介孔氧化镁及其除氟性能

针对水中氟离子污染问题,提出利用生物模板辅助水热合成介孔氧化镁脱氟材料。以香蒲绒为生物模板,MgCl2为镁源,尿素为沉淀剂,通过水热-煅烧后,得到介孔氧化镁脱氟材料。对材料进行SEM、BET、XRD、FT-IR等表征,考察吸附剂用量、溶液pH值、共存阴离子等因素对脱氟效果的影响。结果表明,当氟离子浓度为50 mg/L时,在吸附剂用量为1.2 g/L、反应时间为90 min、pH=2~11、25℃条件下,脱氟效果均能达到98%以上,受共存离子Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、HCO_(3)^(-)、CO_(3)^(2-)影响不大,受PO_(4)^(3-)影响较大。吸附过程符合Langmuir吸附等温线和准二级动力学,饱和吸附量为109.82 mg/g,属于单分子层的放热过程。经5次循环吸附实验后,氟离子的去除率降至55.65%。

生物模板法制备木材陶瓷

生物模板法是一种制备具有生物形貌特点的结构和功能材料的新方法。由于木材组织结构方面的独特性,制备多级孔结构的木材生态陶瓷在探索特殊微观结构和性能之间的关系方面有着重大的意义。本文总结了生物模板法制备木材陶瓷技术的发展现状,指出了各种工艺的优缺点,着重介绍了木材陶瓷的发展历史、制备方法、机理和性能,概述了木材生态陶瓷在骨移植材料和催化材料方面的应用和发展前景。

生物模板法制备多孔陶瓷的研究进展

生物模板法是依据生物矿化及仿生学原理,借助自然界一些生物的结构特异性或者催化活性来合成新型无机材料的一种工艺方法,尤其是在合成具有生物形态和纳米结构的多孔陶瓷领域显示出巨大的潜力。分别从生物模板的原料及制备、制备多孔陶瓷工艺和应用等3个方面,归纳和分析了近年来生物模板法制备多孔陶瓷材料的研究进展,提出了生物模板法制备多孔陶瓷工艺过程中存在的一些问题,并对该领域今后的研究和发展提出了一些建议。

生物模板法制备具有特殊表面形貌的二氧化硅中空微球

利用油菜花粉作为生物模板,通过溶胶在花粉颗粒表面包裹,再经高温烧结去除花粉颗粒的方法制备了具有特殊表面形貌的二氧化硅中空微球.并通过调节溶胶中醇盐与水的比例,实现了不同表面形貌的二氧化硅中空微球的制备.利用差热(DSC)、热重(TG)、X射线能谱仪(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)等对花粉颗粒和所制备的二氧化硅中空微球进行了表征,并对不同表面形貌的形成机理进行了探讨.结果表明,花粉内壁在200℃时即可完全消除,从而形成中空结构,而外壁及其表面的网格状结构在较高温度仍能保持完好,从而保证该结构在微球表面的复制,而溶胶浓度则是形成微球表面不同形貌的决定因素,随着胶体粒子在花粉表面沉积量的不同,微球表面的微孔结构也将随之变化.

钼酸铁空心微球的生物模板法制备及其催化性能研究

以酵母细胞为模板,通过生物模板法制得钼酸铁空心微球材料,采用XRD、SEM、FTIR以及氮气吸脱附等手段,对样品的物相、微观形貌及比表面积等进行表征;并以亚甲基蓝模拟染料废水为研究对象,评价了样品的高级氧化催化性能。结果表明:生物模板法得到的钼酸铁空心微球为单斜晶系Fe_2(MoO_4)_3,样品分散度良好,形貌一致,较好地保持了酵母细胞椭圆形的形貌,平均尺寸约为5.6μm×3.7μm,比表面积为14.9m^2/g;钼酸铁空心微球作为类Fenton催化剂应用于亚甲基蓝模拟染料废水处理,表现出优异的高级氧化催化活性,当催化剂用量为1g/L、H_2O_2浓度为300mmol/L、反应温度25℃、pH=5时,反应60min后对100mg/L模拟染料废水中亚甲基蓝的去除率可达98%以上。

生物模板法合成锂离子电池电极材料研究进展

锂离子电池是一类极具潜力的新型二次化学储能器件,被广泛应用于便携式电子设备、电动交通工具和智能电网等领域。高性能电极材料的设计和合成是获得高能量密度、长循环寿命、高安全性锂离子电池的关键。文章针对锂离子电池电极材料存在制备工艺复杂、结构难以控制、活性物质利用率低、循环稳定性和倍率性能差等问题,从生物资源高效利用角度出发,结合生物材料尺寸均匀、形态多变、结构精密、环境友好等优点,综述了生物模板法合成锂离子电池电极材料的研究进展,并对该领域的发展方向进行了展望。

生物模板法制备微纳米三氧化二铁

以FeCl3为起始原料,采用不同的生物模板(定量滤纸、鸡蛋内膜),通过浸渍和煅烧,成功地制备出具有生物形态的微纳米Fe2O3,采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征样品的相组成和微观结构。结果表明:两种模板所制得的产品都很好地复制了原模板的形貌。同时,研究了制备条件诸如煅烧温度和反应物浓度对产物结构、形貌和尺度的影响,并初步探讨了生物形态的微纳米Fe2O3形成的机理。

生物模板法制备微纳米二氧化锡

以SnCl4.5H2O为起始原料,采用不同的生物模板(定量滤纸、鸡蛋内膜),通过浸渍和煅烧,在常压空气气氛中成功地制备出具有不同生物形态的微纳米SnO2。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征样品的相组成和微观结构。结果表明:两种模板所制得的产物纯度很高,且很好地复制了原模板的形貌。同时,研究了制备条件诸如煅烧温度和反应物浓度对产物结构、形貌和尺度的影响,并初步探讨了不同生物形态的微纳米SnO2形成的机理。

真皮“生物模板”与自体薄皮复合移植组织学观察

目的探讨真皮“生物模板”移植人体后的动态组织学变化。 方法采用真皮“生物模板”(异体无细胞真皮基质)加自体刃厚皮片复合移植的方法,修复深度烧伤病人切痂后创面,并以单纯自体刃厚皮片移植作对照,分别于术后1、2、3、4、6、8周,3、6、12个月取组织活检标本84例次;采用HE、Masson’s染色和透射电镜的方法,对创面组织标本进行动态组织学观察。 结果真皮“生物模板”与自体刃厚皮片复合移植后,修复细胞和血管循真皮模板胶原束间隙长入,新生胶原纤维排列较为规则有序,真皮修复后其结构接近正常真皮组织;而单纯自体薄皮移植修复创面后,真皮内胶原纤维排列紊乱。 结论真皮“生物模板”可以诱导包括成纤维细胞等修复细胞长入模板,合成新生的胶原和血管,创面修复后形成具有和正常真皮结构相似的“新生真皮”。

生物模板法制备纳米羟基磷灰石去除水体中的三氯生

以棉花作为生物模板制备出具有棉花形貌的纳米羟基磷灰石(HAP),并将其运用于水体中三氯生的吸附去除研究。采用X射线粉末衍射仪、傅里叶红外、扫描电镜、透射电镜表征了吸附前后HAP的物相组成、官能团、形貌和颗粒尺寸变化。考察了初始pH、时间和温度对HAP吸附三氯生的影响。动力学数据符合准二级动力学模型,颗粒内扩散不是唯一的限速步骤;平衡吸附数据符合Langmuir等温吸附模型;热力学参数吉布斯自由能(ΔG0)、焓变(ΔH0)、熵变(ΔS0)值揭示三氯生吸附至HAP上是一个自发吸热的过程。对比其他吸附剂,HAP具有高吸附量且环境友好的优势。

生物模板辅助制备氧化锌及其光学性质研究

以Zn(CH_3COO)_2·2H_2O为唯一反应物、定量滤纸为牺牲模板,通过简单的一步热分解法,成功地制备出微纳米ZnO晶体,借助XRD、SEM和UV-vis分别表征了产物的相组成、微观结构和光学性质.结果表明:产物纯度较高,并很好地复制了滤纸的微观形貌.同时,研究了合成条件(煅烧温度、反应物的浓度)对ZnO产物的微观形貌和结构的影响.另外,初步探讨了纳米ZnO的形成机理.

酵母菌生物模板法制备TiO_2

以酵母菌为生物模板,利用水热合成法制备TiO_2。在模板剂添加量为5.0%、水热合成温度为140℃、水热合成时间为4.5h、煅烧温度为350℃、煅烧时间为3.0h的制备条件下,所制备的TiO_2与未添加酵母菌模板的TiO_2相比,光催化降解酸性大红3R的性能提高23.3%。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等对催化剂的微观结构和形貌进行分析,制备的TiO_2为锐钛矿型,颗粒粒径为19~20nm。

骨盆髋臼生物模板的快速成型制备及其重要作用

骨盆髋臼骨折属于关节内骨折,致残率和死亡率都非常高,它的临床治疗是一个难题。本研究通过采集患者的CT图像进行计算机处理,去除软组织图像,重建出骨盆的三维模型,将数据输入快速原型机,使用分层实体制造的方法,制造能够反映出骨盆髋臼骨折实际情况的生物模板。通过研究生物模板,可以做出准确的手术方案,完成钢板精确预弯和模拟手术,指导实际手术,并为手术复位与导航提供数据支持。

生物模板剂合成介孔氧化铈及其催化性能

以无污染简单易得的天然材料壳聚糖为模板剂合成介孔氧化铈材料,并研究了材料的结构和催化性能。介孔CeO2的孔道结构由直径为5-8 nm的颗粒堆积形成,孔道孔径分布较为均匀,集中在5-10 nm,材料的比表面积约为102 m2·g-1。与氧化铈参比样相比,介孔氧化铈具有更好的氧化能力和催化活性,因为材料高比表面积导致了更多活性位点的暴露和表面活性氧的增多。介孔氧化铈的T50(转化率为50%时的温度点)约为300℃,远低于亚微米参比样的430℃。

生物模板法制备纳米Ni粒子的研究

研究了沉积环境、pH值、沉积时间、铁蛋白浓度对生物模板法制备纳米Ni粒子的影响。研究结果表明,最佳制备条件为:在N2保护环境下,向含2 mg/mL脱铁铁蛋白,pH=8.0的Tris缓冲溶液中加入Ni(Ac)2,沉积2.5 h后,加入还原剂NaBH4,得到黑色溶液。将溶液在pH=8.0的Tris缓冲溶液中透析除杂,就可以制备出黑灰色的含Ni的铁蛋白溶液。利用Zeta激光粒度仪测试、TEM检测和EDX分析,表明制备的纳米Ni样品具有平均粒径5 nm,粒度分布均匀,分散性好的特点。

生物模板法制取微纳米多孔材料

微纳米多孔材料因其在催化、能源、转化等领域的应用而日益受到重视。微纳米多孔材料的传统合成方法过程一般较为繁琐,成本较高且大多对环境造成污染。而大多数组成生物的天然材料具有尖端技术也无法合成的精密复杂结构以及特殊的功能。因此,各种生物模板的理论和机制得到大量的研究。主要介绍了各类生物的模板类型,生物仿生材料的合成过程及其在电子学、光子学、磁学、传感等领域的广泛应用。

不同生物模板低温烧结制备SiC木材陶瓷的对比研究

分别以毛竹、竹纤维、脱脂棉为模板,采用聚碳硅烷(PCS)有机溶剂浆料浸渍法,在惰性气氛下低温热解制备了SiC木材陶瓷,分别对烧成产物的微观形貌、线收缩率、体积密度、力学性能和元素组成等特征变化进行了讨论分析。结果表明:以PCS为陶瓷先驱体,选用不同生物模板,在1000℃下可低温烧结制备出SiC木材陶瓷。毛竹模板和竹纤维模板制备得到的木材陶瓷能较好地保留模板材料的原有结构,脱脂棉制模板则形成了不规则的通孔结构。随着PCS含量的增加,三种模板烧成的SiC木材陶瓷的线收缩率均逐渐降低;体积密度逐渐增大;竹纤维和脱脂棉模板制备的SiC木材陶瓷的抗弯强度逐渐增大,毛竹模板制备的SiC木材陶瓷的抗弯强度先上升后下降。相同PCS含量下,毛竹结构SiC木材陶瓷抗弯强度更大。

生物模板法制备FePMo_(12)/SiO_2复合材料及光催化特性

以磷钼酸铁为活性组分,茶花花粉为生物模板剂,采用生物模板法和溶胶-凝胶技术制备了具有微椭球结构的FePMo_(12)/SiO_2复合材料。采用SEM、XRD、N_2物理吸附等手段表征了FePMo_(12)/SiO_2的微观形貌和结构。结果表明:制备的FePMo_(12)/SiO_2复合材料保持了模板剂的微结构,且孔径分布较宽,使其具有较大的比表面积115.95 m^2/g。在模拟太阳光照射下,FePMo_(12)/SiO_2可以有效的应用于水中酸性大红3R(AR3R)的降解。在AR3R初始浓度为100 mg/L,溶液pH为3.0,催化剂的用量为0.3 g/L,反应75 min后,AR3R的降解率达到88.6%。FePMo_(12)/SiO_2光催化剂可重复使用,稳定性较好。

生物模板法合成铁钴纳米材料的研究

采用脱铁铁蛋白为生物模板,以硝酸钴和硫酸亚铁铵为原材料,利用硼氢化钠为还原剂合成了蛋白质包覆的铁钴纳米材料,并通过透射电子显微镜、EDS能谱分析、电子衍射和紫外光谱分析对制得的样品进行了表征.实验结果表明,采用脱铁铁蛋白生物模板制备的铁钴复合纳米颗粒为无定型的非晶体,具有高度的单分散性,其直径大约为5~7 nm,粒径分布较为均匀,且研究结果进一步表明了脱铁铁蛋白是一种良好的制备纳米材料的模板.