基于量子点@有序介孔复合材料的Micro⁃LED色转换特性

量子点(Quantum dots)由于具有优异的光电特性,广泛应用于发光与显示、太阳能电池、光催化等领域,它的发现和合成获得了2023年诺贝尔化学奖。采用量子点色转换的Micro-LED全彩化显示技术无需巨量转移,有望实现大规模量产,然而,量子点在高强度Micro-LED出光激发下的性能和寿命仍存在局限。基于此,本文研究了基于量子点@有序介孔(QDs@SBA-15)复合材料的Micro-LED色转换技术及其特性,有序介孔分子筛载体独特的孔道结构不仅能够有效提升Micro-LED色转换和光提取效率,且致密的有序介孔材料也一定程度上保障了量子点的稳定性。首先,通过时域有限差分方法(FDTD)建立了Micro-LED仿真模型,探究量子点粒径和有序介孔材料的孔径对光提取效率的影响;基于仿真结果指导,进一步采用物理共混法制备了QDs@SBA-15复合材料,通过透射光谱、荧光激发光谱、紫外-可见光吸收谱等手段对其进行表征并确定浓度配比;最后,将该复合材料与聚二甲基硅氧烷(PDMS)混合固化成膜,并研究了其光致发光性能。实验结果发现,量子点粒径和介孔材料孔径的匹配度以及量子点和有序介孔材料的比例浓度是影响QDs@SBA-15复合材料发光效率及Micro-LED色转换性能的关键因素;通过优化,所得复合材料可获得优异的发光性能以及良好的环境稳定性,相比于纯量子点色转换层,复合材料的光提取效率提升了81.73%,复合材料的环境稳定性提升了14.33%,以Micro-LED作为蓝光光源组成的三基色发光器件工作色域达到了104.52%NTSC。本研究为量子点色转换Micro-LED显示技术提供了理论指导,为实现Micro-LED全彩化开辟了新路径。

煤沥青烯/PAN基氮掺杂有序介孔炭的制备及电容性能研究

以SBA-15为硬模板剂,采用溶剂挥发诱导煤基沥青烯与聚丙烯腈(PAN)自组装,制备了氮掺杂有序介孔炭(NOMC)。通过CO_(2)活化,进一步提升NOMC的比表面积及电容性能。结果表明,SBA-15、沥青烯、PAN的比例为1∶1.2∶4.8时,800℃炭化所得炭材料成炭率与有序性均较高。900℃活化后其比表面积、孔容及孔径依次为602.1 m 2/g,0.426 cm 3/g,3.808 nm,且比电容达到127.2 F/g,相比未活化,提升了41.8%。

三维有序介孔碳的软模板法合成及性能研究

以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(PEO-PPO-PEO,记作P123)为结构导向剂,正丁醇为溶质,甘油为碳源,硅酸四乙酯为硅源,通过水热软模板法合成了具有立方双连续结构(Ia3d)的三维有序介孔碳(GOMC),研究了碳化温度对其结构、比表面积和孔径的影响。结果表明:碳化温度为700℃和800℃时,GOMC比表面积高达909m^(2)/g和908m^(2)/g,并且具有较好的热稳定性。

固体废弃物及硅酸盐矿物合成有序介孔材料研究进展

有序介孔材料因其具有较大的比表面积和适中的孔径被广泛应用于催化、吸附、生物医药等领域。利用固体废弃物及硅酸盐矿物合成有序介孔材料具有成本低的优点,因此受到了研究者的广泛关注。总结了利用农业固废、工业固废及硅酸盐矿物合成有序介孔材料的相关研究进展,讨论了预处理方式、合成方法及材料中各元素对有序介孔材料的影响。最后,指出了利用不同原料合成有序介孔材料所面临的问题并展望了未来的发展方向。

有序介孔碳吸附去除水中抗生素的应用研究进展

抗生素的大量生产和过量使用对生态系统稳定性和人类生命健康构成了严重威胁。吸附法被认为是去除水中抗生素污染最有效的手段之一。传统吸附剂如活性炭、沸石、硅藻土等存在吸附容量小、二次污染等不足。因此,发展高效经济的吸附剂仍是水处理领域的热点。研究发现新型吸附剂有序介孔碳(OMC)具有有序的介孔孔道结构,可有效去除抗生素。针对现有研究,文中综述了OMC的制备、改性方法,明晰了OMC对水中常见抗生素的吸附效果。基于对吸附机理及影响因素的研究总结,分析目前OMC去除水中抗生素存在的瓶颈,展望将来OMC研究方向,以期为今后开展OMC相关研究提供一定参考。

乙醇制高级醇有序介孔氧化铝负载铜基催化剂研究

为了实现乙醇向高级醇的高效转化,以蒸发诱导自组装法合成的有序介孔氧化铝(orderedmesoporous alumina,OMA)为载体制备了系列Cu-La2O3/OMA催化剂,并深入研究了其在乙醇制高级醇反应中的构效关系。在533K、3MPa、LHSV=2ml/(gcat·h)、V(N_(2))/V(EtOH)=250∶1的反应条件下,最佳的Cu-La_(2)O_(3)/OMA(973)催化剂表现出高达55.5%的乙醇转化率和40.1%的高级醇收率,并且在200h的连续反应中展现出优异的稳定性。OMA载体表面高度分散的Cu和La_(2)O_(3)活性组分协同OMA载体提供了大量的金属和酸碱中心,同时其较大的介孔孔径有利于降低反应物及产物分子在催化剂孔道中的扩散阻力,从而使得Cu-La_(2)O_(3)/OMA催化剂表现出较高的活性及高级醇选择性。此外,OMA载体表面五配位Al^(3+)通过Cu-O-Al键对Cu活性物种的锚定作用是催化剂具有良好稳定性的重要原因。

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。

介孔分子筛调制有序介孔碳超级电容器性能研究

为了研究不同孔径的有序介孔碳(OMC)作为超级电容器电极的性能差异,本文采用水热合成法制备三种不同孔径的介孔二氧化硅分子筛(SBA-15),再以SBA-15为模板,乙炔为碳源,利用化学气相沉积法(CVD)反向制备具有不同孔径的OMC。利用扫描电子显微镜、氮气吸附和电化学测试等,分析OMC作为电极材料时,其纳米孔结构与性能之间的关系。结果表明,将孔径调控在3~4 nm的OMC-120作为超级电容器电极,在充放电电流密度为0.10 A/g和0.50 A/g时,比电容为44.50 F/g和54.30 F/g;经1 000次循环后电容保持率达99%,其双电层电容性能和稳定性优于其他孔径结构的样品,这归因于OMC-120中较窄的有序介孔结构加速了电子和离子的转移交换,缩短离子的传输路径。

耐湿性有序介孔SiO_(2)减反射膜的制备及光学性能分析

采用氟硅烷链对有序介孔SiO_(2)光学减反射薄膜进行表面改性,有效提高其在潮湿环境中的稳定性。以三嵌段共聚物F127为模板剂,以正硅酸四乙酯为前驱物,在酸催化的醇体系中制备SiO_(2)溶胶。采用提拉法在石英基底上镀制薄膜,经350℃热处理后得到有序介孔SiO_(2)薄膜,薄膜对中心波长的透射率达到99.83%。通过嫁接氟硅烷链对薄膜表面进行改性,以有效阻止羟基和微孔开口对水蒸气的吸附。薄膜耐湿性测试在相对湿度80%、温度40℃的可控环境中进行,每隔15天进行一次薄膜透射光谱测试,采用光谱拟合方法分析薄膜的光学常数随测试时间的变化。结果表明,在湿度环境下,薄膜结构沿厚度方向具有非均匀性,薄膜折射率由靠近基底的边界到薄膜-空气界面呈非线性下降趋势。

功能化有序介孔碳对重金属离子Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的选择性吸附行为

以三嵌段共聚物F127为模板剂,酚醛树脂为碳源,正硅酸乙酯为硅源,三组分共组装合成介孔碳-氧化硅纳米复合物,再经HF去除氧化硅,得到有序介孔碳(OMC).X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、低温N2吸脱附(BET)等测试表明,所得样品具有高度有序的介孔结构,比表面积和孔容分别为1330m2·g-1和2.13cm3·g-1,平均孔径6.4nm.对其先氧化、后氯化、再胺化,得到不同胺基接枝量的胺化介孔碳(C-NH2(m),m为加入的乙二胺的质量(g)).傅里叶变换红外(FT-IR)光谱表征结果证实,胺基官能团成功接枝到有序介孔碳表面.TEM测试表明介孔碳的有序孔道结构得到了较好的保持.以有序介孔碳、胺化介孔碳作吸附剂对Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)进行选择性吸附研究.结果表明:功能化修饰前,样品对Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)饱和吸附量分别为213.33、241.55mg·g-1;修饰后饱和吸附量可分别达到495.05、68.21mg·g-1.功能化介孔碳表现了较强的选择性吸附Cu(Ⅱ)的能力.

有序介孔炭的合成及液相有机大分子吸附性能研究

分别采用有序介孔氧化硅SBA-15和NaY分子筛为硬模板合成了系列有序介孔炭OMC和微孔炭CFY.N2静态吸附测试表明,所合成的介孔炭具有丰富的介孔结构和集中的介孔分布.以亚甲基蓝为探针分子,研究其在有序介孔炭OMC和微孔炭CFY上的吸附行为.研究结果表明,有序介孔炭中大于3.5nm的大介孔孔容是决定亚甲基蓝吸附容量和吸附速率的关键因素.吸附动力学理论研究表明,准二级动力学方程可以很好地描述亚甲基蓝分子在介孔炭上吸附动力学行为.

有序介孔炭的模板合成进展

以MCM-41为代表的介孔分子筛具有孔道排列规则、孔径分布窄、比表面积高等特点,在催化、吸附、分离等领域具有广泛应用前景,尤其是以其为模板开展的纳米组装科学已成为目前材料研究的热点之一。在简要介绍硅基介孔分子筛的分类和合成机理的基础上,对国内外多孔炭模板合成的研究现状进行了述评,重点阐述了有序介孔炭模板合成的特点、合成工艺、模板类型、碳前驱体的种类及其在双电层电容器、催化、储能等方面的初步应用结果,并展望了有序介孔炭模板合成的发展趋势,指出模板成本的降低、工艺条件的简化和可控化将成为未来一段时期人们研究的重点。

酶在有序介孔材料上的固定化

本文回顾了近年来有序介孔材料用于酶的固定化的研究进展;对比了不同固定化方法对介孔材料固定化酶活性的影响以及各种固定化方法的优缺点;分析了影响酶在有序介孔材料上的固定化因素,并分别对这些影响因素进行了讨论;对酶在有序介孔材料上固定化的发展和潜在的应用进行了讨论,指出介孔材料固定化酶的潜在应用。

非硅组成有序介孔材料合成及应用

有序介孔材料是近年来国际上跨学科的研究热点之一 ,非硅组成介孔材料在光、电、磁、传感器、催化等许多领域有潜在的应用价值 .本文综述了非硅组成有序介孔材料的合成现状、合成机理以及应用研究情况 .

简易模板法制备有序介孔碳

通过一种简易的模板法制备了有序介孔碳,即硅/P123三嵌段共聚物复合物经硫酸处理后,再加入蔗糖碳源经碳化和除硅处理合成出有序介孔碳。该方法与传统硬模板相比,其合成工序简单,成本更低;与其他简化合成方法相比,避免了由碳源不足而造成的介孔碳有序性低的缺点。通过小角XRD、N2吸脱附和HRTEM对样品及其中间过程进行了表征。结果表明,自晶化过程后,样品在合成的各个时期均保持着有序的介孔结构,当蔗糖添加量为1.5g时合成出的介孔碳材料有序性最高,比表面积和孔容也最高,分别为1261m2·g-1,1.03cm3·g-1。

负载Ni金属有序介孔氧化铝催化剂的制备及表征

采用原位合成法和传统浸渍法以价格低廉的硝酸铝作为铝源,聚乙二醇1540为模板剂,硝酸镍为镍源,制备出负载Ni金属有序介孔氧化铝催化剂,并采用BET、TEM、XRD、TG多种测试技术对合成催化剂的物理化学性质和结构特征进行了表征.实验结果表明,两种方法均能制备出比表面积大(>210m2·g-1)、孔径分布窄(4nm左右)的负载Ni金属介孔氧化铝催化剂.与浸渍法相比,原位合成法所制备的负载Ni金属有序介孔氧化铝镍离子与载体具有更强的相互作用力,且孔结构具有一定的有序性.

不同负载方法制备镍金属有序介孔氧化铝催化剂的结构及性能

采用原位合成技术制备出负载镍金属介孔氧化铝催化剂,同时采用过量浸渍法在已合成的有序介孔氧化铝和普通氧化铝上负载镍金属。采用BET、TEM、XRD、XPS、TPR、ICP-OES多种测试技术对3种催化剂结构特征、镍金属与载体的相互作用进行了表征,同时采用甲烷化反应验证3种催化剂的催化性能。实验结果表明,两种方法制备的负载镍金属介孔氧化铝催化剂相对于普通氧化铝结构稳定、孔径分布窄。原位合成的负载镍金属催化剂负载量大,镍金属与载体的相互作用力强。但金属的价态为难还原的偏铝酸镍,对甲烷化反应催化性能不高。过量浸渍法制备有序介孔氧化铝催化剂孔结构稳定,镍分散性好,价态以易还原的氧化镍为主,其催化性能要高于普通氧化铝,表明合成的有序介孔氧化铝在催化领域将具有重要的应用价值。

高比表面积有序介孔氧化铝的制备与表征

采用溶胶一凝胶法以非离子表面活性剂PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物F127为模板剂，以异丙醇铝为铝源，以异丙醇为溶剂，成功地制备出比表面积为485m^2／g、孔径分布窄（2～20nm）、孔容在1．2cm^3／g以上和孔道呈蠕虫状且具有一定有序性的介孔氧化铝，采用BET，TEM，XRD和TG多种测试技术对产物性能进行了表征，探讨了水铝比、醇水混合溶液的滴加速度、反应时间、水浴温度、陈化温度及陈化时间等条件对合成的有序介孔氧化铝结构的影响．

有序介孔碳负载Fe、Co、Ni纳米晶的软模板合成及其表征

报道了在有序介孔碳基体中一步合成负载Fe、Co、Ni纳米晶的方法.以间二苯酚和甲醛为碳源,F127为模板剂,Fe、Co、Ni的硝酸盐为前驱体,通过软模板组装路线在酸性条件下合成了负载型有序介孔碳复合材料.采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和氮气吸附等手段对所合成材料进行了表征.结果表明:合成的材料具有类似于SBA-15的有序介孔结构,有序介孔碳负载Fe、Co、Ni纳米晶复合材料的比表面积分别为586、626和698 m^2·g^(-1).XRD和TEM表征结果证实了金属物种以高分散纳米晶的形式分布在介孔碳基体中.

有序介孔碳材料的软模板合成、结构改性与功能化

有序介孔碳材料在吸附、分离、催化以及能量存储/转化等方面具有广阔的应用前景。相较于复杂的硬模板路线,基于两亲性嵌段共聚物和聚合物前驱体间(如酚醛树脂)自组装的软模板路线是合成有序介孔碳材料更为有效的方法。本文讨论比较了溶剂挥发诱导自组装法、水相协同自组装法和无溶剂法等三种典型软模板路线的基本过程和特点,并介绍了近年来在新型碳前驱体应用、介孔碳的结构改性和功能化等方面的一些重要进展,最后总结了介孔碳的合成研究中所需解决的关键问题。