三维有序结构In掺杂TiO_2薄膜的可见光催化活性

采用自组装生长聚苯乙烯胶体模板和溶胶-凝胶法,制备出三维(3D)有序结构In掺杂TiO2(IO-TiO2-In)薄膜可见光催化剂.光催化实验证明,IO-TiO2-In薄膜降解甲醛的可见光活性是TiO2和三维有序结构TiO2(IOTiO2)薄膜的5倍.利用X射线电子衍射(XRD)谱、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见(UV-Vis)漫反射吸收光谱确定了催化剂的晶相结构、表面微结构和能带结构.结果表明,IO-TiO2-In薄膜具有锐钛矿型三维有序结构,与TiO2相比,增加了比表面积,提高光的利用率;掺入的In离子在薄膜表面形成In2O3和O-In-Clx(x=1,2)物种,既增强可见光的吸收,又有效地促进了光生载流子的分离,提高了光生载流子在固/气界面参加光催化反应的利用率,使催化剂的可见光催化活性显著提高.

三维有序结构的金掺杂纳米TiO_2修饰电极用于H_2O_2的测定

在ITO玻璃表面构建了三维有序多孔结构的金掺杂纳米Ti O2薄膜（3DOM GTD/ITO）,同时制备了一种细胞色素c（Cyt c）酶生物传感器（Cyt c/3DOM GTD/ITO）。通过透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）对修饰电极进行表征。紫外-可见光谱实验表明吸附在GTD上的Cyt c能够保持其生物活性,二级结构未被破坏。同时研究了Cyt c在3DOM GTD/ITO修饰电极表面的直接电化学及对H2O2的电催化行为。结果显示,Cyt c在3DOM GTD/ITO修饰电极上有显著的直接电化学响应,峰电流与扫描速度呈线性关系,说明该电极过程是表面电化学控制过程。Cyt c/3DOM GTD/ITO修饰电极对H2O2具有良好的催化性能,线性范围为3.0×10^-7-1.70×10^-5mol/L,检出限为3.6×10^-8mol/L（S/N=3）,响应时间为5 s,且该修饰电极具有较好的重现性和稳定性。

模板法制备水凝胶微粒三维有序结构

以聚合物有序孔为模板,制备异丙基丙烯酰胺/丙烯酸共聚物凝胶微粒的三维有序排列结构。重点考察了其pH响应特性,揭示其在可调光子晶体方面具有潜在的应用。以有序凝胶为模板通过二氧化钛的溶胶凝胶过程,制备了单分散二氧化钛微球三维有序排列结构,并研究了其形成机理。

钾掺杂三维有序大孔结构Mn_(0.5)Ce_(0.5)O_δ催化剂合成及其催化燃烧炭烟性能（英文）

柴油发动机是一种高效耐用的发动机,具有广阔的应用前景.但柴油车尾气中的炭烟颗粒吸附了许多有毒有害物质,也是城市PM2.5的主要来源之一,对人类生命安全造成极大威胁.因此,降低和消除柴油车尾气中的炭烟颗粒是柴油车尾气净化的重要任务.尾气后处理是炭烟颗粒进入大气环境前的最后一道程序,可有效控制柴油车尾气中炭烟颗粒排放.其中,催化净化催化剂是尾气后处理技术的核心.研究表明,炭烟颗粒催化燃烧是一个气-固-固三相深度氧化反应,因此开发新型催化剂体系,改善催化剂与炭烟颗粒的接触,提高催化剂的本征活性,对于研制高活性炭烟燃烧催化剂具有重要的实际意义.对于三维有序大孔(3DOM)结构催化剂,大孔有利于炭烟颗粒进入催化剂内部并与活性位点接触,而有序的孔道结构可以促进炭烟颗粒在催化剂孔道内传输.因此,将催化炭烟颗粒燃烧催化剂设计成3DOM结构,可促进炭烟颗粒催化燃烧,提高催化剂活性.研究表明,锰铈复合氧化物材料在炭烟颗粒催化燃烧中表现出比单一的锰氧化物和铈氧化物更好的性能.而将K与Ce和Mn形成复合氧化物,利用三者之间的协同作用,将可使K掺杂3DOM结构Mn0.5Ce0.5Oδ催化剂具有更高的催化活性.本文利用胶体晶体模板法成功制备了3DOM结构的Mn0.5Ce0.5Oδ复合氧化物,并采用简单的等体积浸渍方法成功制备了不同K担载量的K掺杂3DOM结构Mn0.5Ce0.5Oδ催化剂(K-MCO).表征结果表明,K-MCO催化剂具有贯通有序的大孔结构,但焙烧温度和焙烧时间会对大孔结构的规整性有一定影响;催化剂中K含量、焙烧温度和焙烧时间对K-MCO的晶型影响较大,催化剂中出现了一个新的晶相K2Mn4O8.另外,K含量、焙烧温度和焙烧时间对催化剂的氧化还原性能也有较大影响.评价结果表明,所制催化剂对炭烟催化燃烧均具有较高活性,其中20%K-MCO-4h催化剂活性最高,催化燃烧炭烟的T50(炭烟的最大燃烧峰值)为331 oC,CO2选择性为95.3%.催化剂的大孔结构效应以及K,Mn和Ce三者间的协同作用有利于提高催化剂催化燃烧炭烟的活性.另外,由于柴油车尾气排气口温度范围为175–400℃,而本文所制催化剂催化燃烧炭烟的温度低于400 oC,因此该催化剂可以在柴油车尾气排气口温度范围内进行炭烟催化燃烧.由于具有合成步骤简单、活性高以及成本低等优点,该催化剂在实际应用方面具有广阔前景.

三维有序介孔镍铁磷化物的制备及电解水析氢性能研究

利用三维SiO_(2)纳米球阵列作为介孔模板,通过高温磷化合成了不同镍与铁物质的量比的三维有序介孔镍铁磷化物(3DOM Ni_(X)Fe_(1-X)P);利用透射电子显微镜(TEM)、氮气吸脱附测试(BET)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等物理表征方法对所制备材料的形貌和结构进行分析,并通过电化学测试在0.5 mol/L H_(2)SO_(4)中系统评价了其电解水析氢(HER)性能。结果表明:3DOM Ni_(X)Fe_(1-X)P成功地反向复制了SiO_(2)模板的有序介孔结构,孔道之间排列整齐且相互连通;随着Fe含量的增加,3DOM Ni_(X)Fe_(1-X)P的HER性能呈现先升高后下降的趋势,在Ni与Fe物质的量比为7∶3时HER性能达到最优;当电流密度达到10 mA/cm^(2)时,3DOM Ni_(0.7)Fe_(0.3)P所需过电位为132 mV,Tafel斜率为59 mV/dec,并且具有良好的电化学稳定性。3DOM Ni_(0.7)Fe_(0.3)P优异的电催化HER性能可归结于三维有序介孔结构提供的高比表面积以及双金属有效结合引起的协同增强效应。

三维有序大孔LaFe_(1-x)Ni_(x)O_(3)钙钛矿催化剂的制备及其对甲烷的催化氧化性能

采用无皂乳液聚合法制备了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物微球,并以此为硬模板制备了三维有序大孔(3DOM)LaFe_(1-x)Ni_(x)O_(3)钙钛矿催化剂,同时采用溶胶凝胶法制备体相LaFe_(1-x)Ni_(x)O_(3)钙钛矿催化剂作为对照,并对催化剂进行结构表征和甲烷催化氧化性能评价。结果表明:模板法制备的3DOM催化剂比溶胶凝胶法制备的体相催化剂具有更好的理化性质和甲烷催化活性,B位Ni掺杂有利于优化催化剂晶相。同时,Ni和Fe之间的双金属协同作用使掺杂后的催化剂表现出更好的甲烷催化活性。其中,3DOM结构的LaFe_(0.9)Ni_(0.1)O_(3)催化剂催化活性最佳,T_(10)%,T_(50%)和T_(90%)分别为397、511和598℃。

沉积法自组装三维有序的Eu(DBM)_3Phen/SiO_2胶体球(英文)

采用修饰的St ber法合成了300 nm的Eu(DBM)3Phen/SiO2胶体杂化球,并通过沉积法将这种胶体杂化球组装成厚度为5 mm,面积为12 cm2的三维有序结构。通过扫描电子显微镜观察发现这些胶体球在垂直于烧杯底面的所有层面中都显示了立方密堆积的结构。元素分析进一步证实了荧光分子被包埋在SiO2胶体球中。在355 nm的激发下,这种三维有序结构具有铕离子的特征发射。

三维有序光子晶体制备及其光学表征

利用重力自组装方式获得了聚苯乙烯(Polystyrene,PS)微球三维有序结构的光子晶体模板.借助毛细管力作用,将BPS(B2O3-P2O5-SiO2)溶胶填充到PS蛋白石模板,制备出层数可控的PS蛋白石及网状BPS反蛋白石模板.吸收及透射光谱表明,光子带隙位置因PS固化时收缩而表现出较大幅度的蓝移.XRD衍射图表明BPS在烧结过程中,随温度升高,BPO4晶相增加,将影响BPS骨架结构的介电常数.

单分散胶粒、胶态晶体和三维有序周期性材料的研究进展

单分散胶粒是食品、印染、陶瓷、光学胶片和电磁流变体等材料的主要成分,其三维有序组装结构被通称为胶态晶体。具有三维周期性结构的胶态晶体在光电研究领域具有特殊意义。以胶态晶体为模板可复制获得结构上与其三维周期性结构反相的新型功能性介孔材料。后者兼具固体材料本身和长程周期有序结构两种特性,是当前光电领域急需的光子晶体的最佳候选。本文综合阐述了单分散胶粒、胶态晶体以及具有三维周期性有序结构的材料的制备、性质和初步及潜在应用。

三维有序大孔负载Pt-SO_4^(2-)/TiO_2固体超强酸的制备和性能

以一种直径约170nm的PMMA微球胶体晶体为模板,复制出孔径约为95nm的三维有序大孔SiO2,以这种大孔结构为载体,采用浸渍-焙烧法制备了三维有序大孔负载的Pt-SO42-/TiO2固体超强酸催化剂。探讨了TiO2负载量对三维有序大孔结构的影响。采用SEM、XRD、N2吸附-脱附实验对其大孔结构进行了表征。结果表明,适宜的TiO2负载量为30%(质量分数),太低,酸性不强,太高,易产生大孔的堵塞。负载后的大孔孔径约为75nm,呈现一种厚壁的球形大孔结构。与通常的三维有序大孔材料(孔径大于300nm)相比,这种孔径小化的大孔材料具有稳定性高和表面积大的特征。以乙酸和正丁醇的液相酯化反应为探针反应,发现这种大孔固体超强酸催化剂可以明显提高其催化活性。

三维有序大孔Fe/N/TiO_2复合型光催化剂制备及光催化性能研究

以一定比例钛酸四丁酯、乙醇、醋酸、硝酸铁、尿素和水配制的溶胶溶液为前驱体,对聚苯乙烯(PS)胶晶模板进行填充固化,并通过煅烧去除模板,得到三维有序大孔(3DOM)Fe/N/TiO2新型复合光催化剂材料。分别在紫外和可见光条件下,利用获得的3DOM Fe/N/TiO2复合光催化剂降解甲基橙有机废水。研究结果表明,3DOM Fe/N/TiO2材料在紫外和可见光条件下均具有良好的光催化降解能力,并且具有良好的再生循环使用能力。

三维有序大孔CdS/TiO_2薄膜的制备及其可见光催化性能

采用胶体晶体模板辅助溶胶-凝胶法以及S2–离子交换法合成了三维有序大孔CdS/TiO2膜.结果表明,该薄膜材料在可见光催化降解污染水中罗丹明B和对氯苯酚的反应中表现出高活性.这可归因于修饰剂CdS的光敏化作用实现可见光催化,CdS-TiO2之间形成了异质结,促进了电子和空穴的分离;另一方面,有序大孔结构有利于光的利用以及反应物的扩散和吸附.

三维有序金掺杂纳米TiO_2修饰电极用于抗肿瘤药物与DNA相互作用的研究

利用模板法在氧化铟锡(ITO)电极表面制备了三维有序多孔结构的金掺杂纳米Ti O2薄膜修饰电极(3DOM GTD/ITO),并在此修饰电极上成功固定小牛胸腺DNA(ct DNA),从而构建了一种新型的DNA生物传感器(DNA/3DOM GTD/ITO),并通过透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)对修饰电极的表面形貌进行表征。采用电化学交流阻抗(EIS)法研究了ct DNA在3DOM GTD/ITO修饰电极表面的固定情况,结果表明,ct DNA已被成功地固定在3DOM GTD/ITO修饰电极表面。采用循环伏安法、微分脉冲伏安法等电化学方法研究了抗肿瘤药物槲皮素(Qu)在3DOM GTD/ITO修饰电极表面的电化学性质及与ct DNA的相互作用。结果表明,Qu在3DOM GTD/ITO修饰电极表面有1对准可逆的氧化还原峰,其氧化还原反应为2电子和2质子的转移过程。Qu可与固定在修饰电极上的ct DNA发生较强的结合作用,其结合常数(K)为3.61×106L/mol。循环伏安实验、紫外-可见吸收光谱、分子荧光光谱、圆二色性光谱均表明Qu与ct DNA之间的相互作用模式为嵌插作用。Qu与ct DNA的碱基结合具有序列选择性,对Qu与聚(d G-d C)及聚(d A-d T)的结合常数进行计算,得到结合常数比K(d G-d C)/K(d A-d T)=3.5,表明Qu与ct DNA发生嵌插作用时更倾向于结合在GC富集区域。

构筑三维有序介孔少层MoS_(2)/C复合材料及其电化学析氢性能

本研究通过液相纳米铸造法,以SBA-15为硬模板,蔗糖为碳源,四硫代钼酸铵(ATTM)为MoS_(2)前驱体,合成了三维有序介孔结构少层MoS_(2)/C复合材料。该催化剂的三维有序介孔结构提供了较高的比表面积并为电化学析氢反应(HER)提供了物质和电子传输的通道,无定形碳的限制作用使少层MoS_(2)薄片均匀分散,暴露大量MoS_(2)的边缘活性位点,避免MoS_(2)团聚的发生,并增加了材料的导电性。在酸性条件下实现高效析氢,电流密度为10 mA/cm^(2)时,过电位为165 mV,Tafel斜率为91.1 mV/dec。本研究为构建高比表面积和少层MoS_(2)均匀分散的三维结构HER催化剂提供了依据。

三维有序大孔C/α-Fe_2O_3复合锂离子电池负极材料的制备及性能研究

采用胶晶模板结合浸渍烧结法制备了可用于锂离子电池负极的三维有序大孔(3DOM)C/α-Fe_2O_3复合材料。采用X射线衍射仪和扫描电镜对其进行了物相表征和形貌分析,采用电池测试系统和电化学工作站进行了电化学性能测试。结果表明:该材料具有三维互通的网络结构,α-Fe_2O_3纳米颗粒均匀负载在3DOM C骨架上。以其制备的负极表现出优异的电化学性能,当电流密度为0.5C时,经历300个充放电循环后的可逆比容量仍达到489.35 m A·h/g。这主要得益于集流体独特的3DOM结构,不仅提供充足的空间来容纳在循环中产生的体积变化和释放应力,而且大大缩短了电子和锂离子的传输路径。

三维有序大孔HPW/Al_(2)O_(3)催化剂制备及其催化氧化脱硫性能

以新制备的聚苯乙烯(PS)为胶晶模板,合成大孔直径约250nm的三维有序大孔磷钨酸/Al_(2)O_(3)(3DOM HPW/Al_(2)O_(3))催化剂。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N_(2)吸附-脱附、X射线衍射仪(XRD)和红外光谱仪(FT-IR)研究其结构,并评价其催化氧化性能。结果表明:该催化剂大孔(250nm)相互连通,Keggin结构的HPW分子均匀分布在Al_(2)O_(3)大孔框架结构中。其催化氧化性能在60℃条件下3h可将模拟燃油中98.5%的二苯并噻吩氧化成相应的砜,回收循环性能优秀,回收循环使用12次性能仅下降3%。

聚丙烯腈纤维片层组织结构演变历程的研究

为了研究原丝中片层微观组织的演变性,借助电子显微镜,跟踪了片层组织结构在纺丝、预氧化和炭化过程中所发生的变化.结果发现:原丝由取向不同的片层组织结构构成,形成最终碳纤维后,碳层不会在C轴上做有规则的ABA式堆砌,个别的碳层面绕C轴发生旋转而失去碳层的三维有序结构,仅仅生成二维有序的乱层结构.预氧化纤维有'皮芯结构',外层由与纤维轴平行或者倾斜成一定角度的微纤片层结构组成,而内部是杂乱无章的片层结构,或者是微小的空隙,皮层的厚薄与预氧化处理方式有关.经过1000℃烧制的碳纤维层片厚度约为0.03～0.10μm.经过1350℃炭化后所得的纤维,由许多类似鱼鳞的片层构成,片层上有纳米级的微晶.

三维有序大孔炭材料制备与结构表征

本文以蔗糖为炭源,以二氧化硅胶晶微球为模板,利用胶晶模板法制备了具有微观上具有三维有序大孔结构的新型炭材料,并利用SEM、TEM、XRD、BET等手段对制备样品进行了表征。研究结果表明,当蔗糖浓度为30%时,制备的大孔炭材料结构完整、尺寸均一、三维结构长程有序,是一种具有多级孔结构的新型炭材料,在环境保护、分子催化、分子吸附、电化学等领域具有一定的应用前景。

三维有序氧化钛中空球薄膜的制备及其光电性能

为了提高染料敏化太阳能电池(DSSC)的光电转化效率,以聚苯乙烯微球(290-300 nm)自组装形成的胶体晶体为牺牲模板制备了三维有序氧化钛中空球(3DOHS-Ti O2)薄膜材料,考察了以P25-Ti O2/3DOHS-Ti O2双层膜为光阳极的电池的光电转化特性。扫描电镜结果表明:3DOHS-Ti O2样品中的Ti O2中空球呈紧密六方排列,其球心距为260-270 nm,壁厚为40-50 nm,相邻的Ti O2中空球彼此之间通过孔洞相互连接;透射电镜结果表明:Ti O2中空球体由尺寸约为10 nm的锐钛矿相氧化钛颗粒组成,其壳壁上有由颗粒间堆积形成的介孔。光电性能测试结果表明:P25-Ti O2/3DOHS-Ti O2/DSSC的光电转化效率可达6.98%,明显优于常规的P25-Ti O2/DSSC(4.32%),其原因是双层膜光阳极中的3DOHS-Ti O2薄膜对太阳光散射和捕捉能力的增强。