聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料制备方法及性能的研究进展

聚合物 /层状硅酸盐纳米复合材料因其优异的性能是目前材料科学研究的热点。本文介绍了层状硅酸盐的结构、聚合物 /层状硅酸盐纳米复合材料的类型及微观结构 ,重点介绍了聚合物 /层状硅酸盐纳米复合材料制备方法及性能的研究进展 ,指出需根据不同的聚合物 ,寻求经济可行的制备方法     

微乳液法合成层状钛硅酸盐复合物

通过微乳液法,以硅烷偶联剂(G-570)为结构导向剂,SiO_2·nH_2O为硅源,TiCl_4为钛源,合成硅烷偶联剂插层的层状钛硅酸盐(TS/G-570).用红外光谱、X-射线粉末衍射、热重分析和紫外-可见光谱对样品的结构和稳定性进行表征.结果表明,复合材料TS/G-570具有层状介观结构,层间距为3 nm左右.该结果为层状钛硅酸盐交换插层反应研究提供了参考.     

层状钛硅酸盐的制备及表征

采用溶胶-凝胶法,以四氯化钛作为钛源、白炭黑作为硅源,在碱性条件下合成层状钛硅酸盐(LTS).通过X-射线衍射、红外光谱、热失重和透射电子显微镜对样品的结构进行了分析表征. LTS样品具有有序的层状结构,其层间距约为5 nm.碱性条件下,LTS通过分析表征表明,LTS具有高度有序的片层状结构,为层间引入客体分子提供了条件.     

纳米塑料

纳米塑料是定指用层状硅酸盐作为分散相,利用插层聚合、熔融插层等特殊工艺制备的聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料。层状硅酸盐主要来源于天然蒙脱土,故又称聚合物/粘土纳米复合材料[见于学术刊物,包括美国”科学”(Scjence)杂志和英国”自然”(Nature)杂志]。纳米塑料一词主要出现于工业性和商业性杂志中。蒙脱土的基本单元结构片层     

氧化铝柱层状镧钛酸盐制备条件的研究

采用分步交换法制得铝聚合离子柱层状镧钛酸盐，通过在空气中焙烧得到了氧化铝柱层状镧钛酸盐．采用ＸＲＤ和比表面及孔径分布测定等方法研究了合成条件对产物的层间距、热稳定性及比表面的影响．     

以β-Co(OH)2为前驱体的锂离子电池正极材料LiCoO2

对ＬｉＣｏＯ２ 的结构与电化学性能进行了研究。采用控制结晶法合成出来的层状结构β－Ｃｏ（ＯＨ）２ 作为前驱体,和ＬｉＯＨ混和煅烧,制备出高活性的具有层状结构的锂离子电池正极材料ＬｉＣｏＯ２。试验中,通过差热 热重法分析了煅烧过程的反应机理; Ｘ 光衍射谱表明制得的ＬｉＣｏＯ２ 为α－ＮａＦｅＯ２ 层状结构的 ＨＴ－ＬｉＣｏＯ２; 扫描电镜照片显示β－Ｃｏ（ＯＨ）２ 是ＬｉＣｏＯ２ 优良的前驱体; 性能测试表明制得的ＬｉＣｏＯ２ 具有良好的电化学性能： 其首次充电容量为１５０．１ ｍ Ａｈ／ｇ, 放电容量为１４３．８ ｍ Ａｈ／ｇ, 充放电效率为９５．８％ 。     

二维无机超分子层柱材料性能应用及进展

层状物质可分为两类：第一类是层结构由范德华力维持;第二类是层结构由库仑力维持。前者包括石墨、金属硫化物等;后者包括层状硅酸盐、金属双氢氧化物等。它们层间存在可交换的离子。具有多种功能特征：如择形催化作用、热稳定性、用做锂电池材料和超导材料等。     

纳米层状硅酸盐在轮胎气密层中的应用研究

聚合物纳米复合材料因其分散相的高度精细化和纳米尺寸效应而具有与传统复合材料明显不同的力学性能和功能性能。其中,层状硅酸盐聚合物纳米复合材料又以分散相的高形状系数比而具有更为突出或特异的性能,如高刚性、高强度、高阻隔、高阻燃性等。因此聚合物纳米复合材料自问世以来便受到各国学者和工业界广泛关注。在轮胎气密层橡胶中,可以充分利用纳米层状硅酸盐材料的高阻隔性,从而起到提高气密性的作用。更进一步的应用研究表明,可以通过使用纳米层状硅酸盐填充橡胶作为气密层,在不损失气密性的情况下,减少气密层厚度,从而降低轮胎重量,实现原价节俭和滚动阻力降低的双重效果。     

氢氧化铝镁比表面和孔结构的研究

用Ｎ２吸附法测定了氢氧化铝镁的比表面和孔结构，考察了活化温度的影响，发现活化温度上升时，比表面，孔面积和孔体积都随之增国。１５０℃活化时其比表面为６０．８２ｍ＾２／ｇ，孔体积为０．２１ｃｍ＾３／ｇ。ＡＭＨ溶胶粒子干燥时聚集形成了１１－１３ｎｍ的大孔，当活化温度大于２５０℃时由于脱去结构水，粒子内部产生３ｎｍ左右的细孔。     

一种复合固体超强酸催化剂的研究——I . 催化剂的制备及结构表征

制备了新型的复合固体超强酸催化剂ＳＯ２－４－ＭｏＯ３－ＺｒＯ２；考察了该催化剂在乙酸丁酯合成反应中的催化活性；用ＸＲＤ、ＡＥＳ、ＳＥＭ、比表面测定等技术研究了该催化剂的结构形态，并与ＳＯ２－４－ＺｒＯ２、ＭｏＯ３－ＺｒＯ２催化剂进行了比较。结果表明，ＭｏＯ３的引入明显地增大了催化剂的比表面，并且具有稳定介稳的四方相ＺｒＯ２（ｔ）、延迟晶化、提高催化剂表面含硫量的作用；ＳＯ２－４和ＭｏＯ３共存时，两者表现出较显著的协同效应。     

糠醛气相加氢制2-甲基呋喃的负载型催化剂

采用负载型铜氨络合物催化剂进行糠醛气相加氢制 2 甲基呋喃。用浸渍方法制备催化剂 ,以硅胶球粒为载体。研究了制备催化剂过程中配比、焙烧温度对生成 2 甲基呋喃的影响 ,以及在催化剂的评价过程中 ,还原温度、反应温度对生成 2 甲基呋喃的影响。在最佳条件下 ,糠醛转化率可达 99%以上 ,2 甲基呋喃的选择性达 97%。利用气相色谱分析了产品的组成。     

MCM-41/酞菁钴、酞菁铜的合成、表征及催化性质

用烷基化试剂将介孔分子筛MCM-41的表面烷基化,使MCM-41的表面连接含有伯氨的有机链,再与氯磺酸基酞菁钴、氯磺酸基酞菁铜反应,合成纳米复合材料CoPc(CuPc)-NH-MCM-41,并且用红外光谱、紫外光谱、XRD进行表征.结果表明:酞菁钴、酞菁铜以单体形式负载在介孔分子筛MCM-41的孔壁上;酞菁铜对苯酚羟化反应的催化活性较好;在丙酮溶剂中苯酚的转化率大于在乙腈中的转化率.     

硅气凝胶制备及其作为催化剂载体在甲烷部分氧化反应中的应用

采用超临界干燥(SCD)法和以溶剂置换、表面改性为基础的常压干燥(APD)法分别制得二氧化硅气凝胶.采用N2低温物理吸附脱附法、红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)实验和扫描电子显微镜(SEM)等手段对两种方法制备的气凝胶的理化性能进行了表征.结果表明:SCD法和APD法制备的二氧化硅气凝胶的比表面积分别为1 016和846 m2/g,最可几孔径分别位于孔径大小14.5和11.5 nm处.SCD法制备的二氧化硅气凝胶的孔径分布范围和较大孔的数量均较APD法制备的要宽和多.而以两种方法制备的二氧化硅气凝胶为载体,硝酸镍为镍源,采用浸渍法制备的二氧化硅气凝胶负载镍催化剂中,镍均以极微小的颗粒形式高度分散于二氧化硅气凝胶载体上.对甲烷部分氧化(POM)制合成气反应,用两种方法(SCD和APD)制备的二氧化硅气凝胶载体为基础的负载镍催化剂对产物一氧化碳和氢气的选择性相差不大,但甲烷转化率则呈现明显的差异.     

溶胶-凝胶法制备有机/无机复合膜的研究

直接从无定型二氧化硅出发,研究了与乙二醇、氢氧化钾反应,生成高反应活性的五配位硅钾化合物,再与2-氯乙醇反应制备双羟基四配位硅化合物,然后通过溶胶-凝胶法制备了双羟基四配位硅/聚乙烯醇复合膜,并分析了膜的热性能,发现改性PVA复合膜的热性能有所降低;但膜的透明性和韧性基本没变;说明四配位硅水解后得到的硅醇基与PVA中的羟基发生了缩合作用.     

水解反应法合成核壳结构聚丁二烯/二氧化硅杂化材料

利用先末端氯硅烷化线形活性阴离子聚丁二烯,然后水解的方法合成了聚丁二烯/二氧化硅(PB/SiO₂)杂化材料,采用红外光谱、GPC和TG分析了PB/SiO₂杂化材料的结构及性能,并用激光粒度仪、TEM、HRTEM分析了PB/SiO₂杂化材料的微相结构,最后对合成PB/SiO₂ 杂化材料的影响因素进行了研究。结果表明：合成的PB/SiO₂杂化材料是具有核壳结构纳米尺寸的颗粒,颗粒尺寸在100nm左右;延长反应时间、减小聚丁二烯分子量及减小SiCl₄ 加入量可使产物中PB/SiO₂杂化材料的摩尔分数增加;H₂O与—Cl 的物质的量之比为2时,产物中PB/SiO₂杂化材料的摩尔分数最大。     

聚硅氧烷负载双齿膦铂配合物的合成及其在碳－硫键形成反应中的催化性能

合成了一种高分子负载型催化剂——聚－４－氧杂－６，７－双二苯膦基庚基硅氧烷铂配合物，研究了其在碳－硫键形成反应中的催化特性．在标题化合物和无水碳酸钠存在下，巯基化合物与卤化物在丙酮中回流能高产率地生成相应的硫醚     

Building well-defined hierarchical nanostructures for sulfur and silicon electrodes

Huge volume expansion of electrode materials (e.g. 80% for sulfur and 310% for silicon) in the electrochemical lithiation reaction is seen as a root-cause of fast capacity fading of rechargeable lithium batteries. In this work, an effective solution is demonstrated by fabricating thin film sulfur and silicon electrodes with hierarchical structure of sulfur (or silicon) particles sandwiched between adjacent reduced graphene oxide (rGO) layers. The hierarchical films are constructed via vacuum filtration assisted layer-by-layer assembly of rGO and the respective precursor particles, i.e. zinc sulfide or silica shelled by super-sticky polydopamine. Polydopamine serves as a glue of rGO layers to furnish good mechanical integrity to the structure, and the precursor of nitrogen-doped carbon upon high-temperature calcination to ensure the electrical contacts between rGO layers. Zinc sulfide is oxidized to the electrochemically active sulfur by soaking in ferric aqueous solution, while silica is reduced to nanosized silicon in magnesium vapor at high temperature. The electrochemical studies reveal that the binder-free hierarchical electrodes can tolerate the volume change upon lithiation/delithiation, giving high initial Coulombic efficiency and good capacity retention. The rGO layers in the sulfur electrode is also found to effectively mitigate the diffusion of polysulfides into electrolyte.     

硅胶固载钛酸酯的制备及其对酯化反应的催化研究

以四氯化钛和不同物质的量比的2-乙基己醇反应,然后与硅胶作用制备了硅胶固载化催化剂.合成条件用正交试验进行了优化.结果表明:最适宜反应条件为钛醇物质的量比为1∶3;反应温度120℃;反应时间2h;理论固载量为20%.测定了固载钛酸酯的钛含量,并用IR对固载催化剂进行了初步表征.以不同物质的量比固载催化剂进行了苯甲酸和2-乙基己醇酯化反应的催化研究,同时与未固载钛酸酯进行了对比,发现固载催化剂活性明显降低,其中以钛与醇物质的量比1∶2制得的固载催化剂效果较好.经5次催化剂重复使用试验,表明硅胶固载催化剂具有很好的稳定性,重复使用性能良好.     

超重力法制备超细二氧化硅及影响因素的研究

以水玻璃和硫酸为原料,在超重力反应器中采用沉淀法合成了超细二氧化硅粉体。探讨了反应pH值、陈化作用、旋转床转速等因素对二氧化硅性能的影响规律。研究结果表明：超重力环境不仅可以使沉淀反应时间大大缩短,而且有利于生成粒径小、比表面积大的超细二氧化硅产品;确定了最佳制备工艺条件为反应终点pH值2～3、陈化时间60～90min、旋转床转速800～1000r/min。     

酸催化二氧化硅溶胶的制备及稳定性研究

以正硅酸乙酯、水、乙醇为原料，硝酸为催化剂，制备了SiO2溶胶．研究了pH值、水量、乙醇量、反应温度、反应时间以及溶胶陈化温度等因素等对SiO2溶胶稳定性的影响，以便实现对二氧化硅溶胶稳定性的控制．实验结果表明，随着体系pH值的升高、乙醇量的增大，溶胶的凝胶时间延长，溶胶的稳定性也增强．随着体系水量的增加，溶胶的稳定性先减小后增大，在水酯摩尔比Rw=7．2时，溶胶的稳定性达到最小；随着反应温度的升高、反应时间的延长，溶胶的稳定性降低；采用较低的陈化温度有利于提高溶胶的稳定性．在溶胶粘度发生急剧变化之前溶胶是相对稳定的．