沸石分子筛的表面定向生长与组装

沸石分子筛阵列或薄膜在膜分离、膜催化、化学传感器与微电子器件等领域有广泛的应用前景. 原位水热合成和载体表面的晶粒自组装是制备沸石分子筛阵列和薄膜的两种主要方法, 近年来受到国内外科技工作者的普遍关注, 取得了很多突破性进展. 对于原位水热合成法, 可以通过载体表面的改性或合成条件的调控来实现沸石分子筛晶体在载体表面的定向成核、生长, 最终获得单一取向的多晶沸石分子筛阵列或薄膜. 对于载体表面的晶粒自组装过程, 可以通过不同的结合方式将沸石分子筛晶粒组装到载体表面, 实现膜层微结构的调控, 制备出结构有序的沸石分子筛阵列或薄膜. 对近年来国内外在沸石分子筛晶体表面定向生长和组装方面取得的重要结果进行总结与评述, 内容涉及: (1) 在原位水热条件下通过载体表面植入功能基团、改变载体表面微结构以及调变合成液组成等措施, 获得高度取向的沸石分子筛阵列或薄膜; (2) 利用共价键、离子键和分子间键作用在载体表面组装沸石分子筛晶粒, 制备高度覆盖、结构有序的晶体阵列或薄膜; (3) 表面组装与微接触印刷、光刻技术结合制备图案化的沸石分子筛阵列或薄膜. 最后介绍了分子筛阵列和薄膜的一些功能和应用, 并对沸石分子筛表面定向合成与组装研究需要进一步关注的若干问题进行了展望.     

表面主客体复合自组装纳米结构的STM 研究

基于自组装的基本原理, 以“自下而上”的方式在表面构筑主客体复合纳米结构是纳 米科学与技术研究的重要内容之一, 并在单分子科学和纳米电子学等领域具有重要意义. 扫描隧道显微镜(STM)以其原位、实时、实空间和原子级分辨的优点, 在主客体复合体系 表面自组装的研究中发挥了不可替代的作用. 在表面组装中, 主客体分子之间有多种不同 的复合模式, 最常见的是客体分子填充于由主体分子构成的含有空腔的二维骨架结构, 空 腔的大小和对称性由主体分子的结构调节, 客体分子通过尺寸匹配等效应填充; 客体分子 能够沿着主体分子形成的单层结构外延生长, 在主体分子层上面形成第二层客体结构; 此 外, 主体分子形成的组装结构能够根据客体分子的尺寸和形状做出相应的改变来适应不同 的客体分子, 进一步丰富了主客体复合结构的内涵. 本文以主客体分子之间的复合方式为 主线介绍固体表面构筑主客体复合纳米结构的最新进展.     

沸石分子筛膜的合成

分子筛膜具有优良的反应和分离性能, 可用于高温、高压等苛刻环境, 在膜分离和膜反应等过程中的应用潜力巨大. 迄今为止, 已有多种分子筛膜的制备方法, 包括聚合物嵌入法、原位水热晶化法和二次生长法等. 与原位方法相比, 二次生长法更容易操作, 对晶体取向、微孔结构和膜厚等方面的控制优势明显, 而且重复性也有大幅度提高. 本文总结了分子筛膜的合成方法, 特别着重于最具使用潜力的二次生长法, 对目前存在的晶体取向、缺陷以及晶粒层数等热点问题进行了分析和论述, 提出了分子筛膜制备过程中需要进一步解决的关键问题, 有助于提高分子筛膜制备技术的水平.     

点亮沸石分子筛的合成之路

正分子筛,顾名思义是可以筛分分子的材料.之所以能筛分分子,其主要原因是此类材料具有奇特的孔道结构.沸石分子筛是一类具有规则孔道的微孔硅铝酸盐晶体,具有优异的催化、吸附分离和离子交换性能,已被广泛应用于石油炼制、石油化工、精细化工和日用化工等与能源和环境密切相关的重要领域.20世纪60年代沸石分子筛用于催化裂化过程被认为是催化裂化的一次革命,也是沸石分子筛用于催化工业的重大突破.由于其独特的择形催化特性,沸石分子筛已成为当前化学工业中最为重要的固体催化剂材料.目前,全世界每年需要数百万吨的沸石分子筛     

线性低密度聚乙烯涂层修饰ZnO亚微米棒膜的疏水性研究

采用低温水热法制备出ZnO亚微米棒薄膜, 经线性低密度聚乙烯涂层修饰后显示出超疏水性, 静态接触角为151.2° ± 2.3°, 滚动角为4°. ZnO亚微米棒膜的微结构和低表面能材料线性低密度聚乙烯涂层修饰是其显示超疏水性的原因, 并用Cassie理论对膜的润湿性进行了分析.     

PbTiO_3微晶在凝胶玻璃中的生长及其尺寸效应

以铁电相为主晶相的微晶玻璃在电光效应,高介介质,以及调节玻璃的热胀系数等方面具有重要的应用价值,自60年代就引起人们关注.随着当前纳米铁电微晶和精细复合技术研究的深入,迫切需要克服铁电超微粒子的团聚,获得尺寸易控的纳米铁电微晶以及制备新的复合体系.若能利用玻璃体中的受限环境原位析出尺寸易控的PbTiO_3超微晶粒对该领     

非晶态SiO2中纳米ZnS的量子尺寸效应与非线性光学效应

纳米材料是低维材料的一种,是目前材料科学研究的热点和前沿.纳米复合材料因具有很强的非线性光学效应而引起人们的兴趣.1983年Jain和Lind首先发现掺有Cd(SSe)的玻璃具有较高的三阶非线性极化率和高的响应速率,Cd(SSe)的尺寸被估计为10～100nm.这揭开了半导体掺杂纳米复合材料的研究序幕.多年来有许多人从事这方面的研究工作,日本的Nogami等研究了CdS,PbS,CuCl,CdTe等分散在SiO_2玻璃中的复合材料的量子尺寸效应和吸收光谱.西安交通大学电子材料研究所在这方面作了大量的研究工作,制备了一系列化合物牛导体微晶与多孔SiO_2玻璃的复合材料,并且研究了复合材料的结构与特性。     

Ti-Si-O多孔玻璃在低烧结温度下的析晶现象

随着溶胶-凝胶制备技术的发展,具有纳米级微孔的多孔二氧化硅玻璃作为纳米复合的担体,已显示出其独特的优势.将活性组元植入微孔中所得复合材料,在光学非线性、传感、电子材料等领域有着巨大的潜在应用价值.采用溶胶-凝胶技术可以在纳米尺度上将活性组元分散到多孔二氧化硅中,通过尺寸效应使复合材料呈现出特异的性质.TiO_2是一种弱极性介质,但当其复合到多孔SiO_2玻璃中时,则呈现了强的光学非线性;TiO_2同时又是氧传感器的良好材料,其多变的结晶结构提供了不同的应用背景.研究TiO_2 在多孔SiO_2中的结晶行为无疑会为其应用提供良好的基础.     

芯片表面异氰酸酯基硅烷自组装膜的制备及表征

利用分子自组装技术在玻璃芯片表面成功组装了异氰酸酯基硅烷单分子膜. 采用X射线光电子能谱仪对自组装膜表面的元素组成进行了表征, 并利用接触角测定仪对薄膜表面的润湿性进行测定. 结果表明, 异氰酸酯基硅烷在基底表面得到了成功组装, 其疏水性较组装前有所提高, 对水的接触角可以达到80°, 明显改变了芯片表面的性质. 将该自组装膜应用于牛血清白蛋白的自组装, 不仅制备过程简单, 而且具有操作方便等优点. 因此, 异氰酸酯自组装膜在微全分析技术(μ-TAS)中的微通道修饰, 蛋白质、多肽等生物大分子的固定化, 以及材料表面改性等方面均具有很好的应用前景.     

分子筛单层膜的制备研究取得新进展

分子筛膜在膜分离、膜反应和光电子器件等领域有广泛的应用前景.已有的研究结果表明,分子筛膜的微结构和晶体取向对膜分离和膜反应性能有非常显著的影响.择优取向分子筛膜的制备与应用是具有挑战性的研究课题,已成为膜科学与技术领域的研究热点之一[1,2].     

载铁沸石催化合成纳米碳管

不同沸石分子筛载铁催化剂上分解乙炔合成纳米碳管的实验表明,催化剂的制备方法直接影响活性组分铁的分散状态和颗粒大小,不同沸石分子筛对管状纳米碳材料的形态,管径,石墨化程度有明显的影响,实验获得了在不同分子筛载体上合成纳米碳管的最佳条件。     

有序介孔材料及应用

有序介孔材料是上世纪90年代兴起的新型纳米结构材料,是继微孔沸石分子筛之后的又一类分子筛材料。它一诞生就得到国际物理学、化学与材料学界的高度重视,并迅速发展为跨学科的研究热点之一。有序介孔材料具有蜜蜂窝样的孔道,只有2～50纳米;其孔道是有序排列的,包括层状、六方对称排列和立方对称排列等(见图1);可以让一些有机大分子、生物高分子通过,     

电泳法在致密金属表面合成A型分子筛膜

采用电泳法在致密金属表面合成了A型分子筛膜; 采用XRD和SEM方法表征了膜的性质; 研究了电位大小对合成A型分子筛膜的影响, 提出了在电场中分子筛膜的生长机理. 结果表明, 在电场力的作用下, 反应液中带负电的分子筛粒子均匀、快速地迁移到阳极金属表面形成分子筛膜, 因而可以快速地在致密金属表面合成均匀、致密的分子筛膜. 电位大小对分子筛膜合成有重要影响, 当外加电压为1 V时, 致密金属表面可以合成非常均匀、致密的A型分子筛膜.     

CuO/SiO2纳米复合材料的合成及其光学特性研究

1983年,Jain和Lind首先研究了掺Cd SxSe_(1-x)半导体微晶玻璃的非线性光学性能,发现其具有大的非线性系数和高的非线性响应速度.人们研究了这类非线性光学材料,并在材料性能的改进和影响材料非线性性能的微观机制,以及新的制取方法、原形器件等方面做了许多有意义的工作.但是,到目前为止,有关半导体微晶玻璃的非线性增强机理、粒径、介质本身对性能的影响,材料制备及其稳定性等问题都有待于进一步探索和研究.本文主要采用溶胶-凝胶工艺(Sol-Gel)在较低的温度下制备出CuO/SiO_2纳米复合材料,并对其结构及光     

大晶粒AIPO_4-5的合成与表征

由于沸石具有离子交换性、表面酸碱性、孔道择形性等,已被广泛应用于日用化工、石油化工以及气体吸附和分离等领域.然而,近几年来,人们越来越多地对基于沸石的新材料发生兴趣,如沸石骨架内簇合物、沸石分子筛膜、手性沸石等代替沸石新材料的应用前景.Cox与其合作者近来又报道了大晶粒沸石吸附对硝基苯胺后在激光照射下产生二阶谐波(SHG),说明沸石可以作为非线性光学材料.笔者合成出大晶粒AlPO_4-5(500×80×80μm)的同时,考察了合成条件对晶粒大小的影响,并研究了吸附对硝基苯胺后在电场中的行为,尚     

择优生长极性微晶玻璃及其性能研究

随着复合功能材料研究的不断深入,人们对极性微晶玻璃的制备和应用产生了极大兴趣.由于极性玻璃陶瓷的人工极化很困难,故其应用受到了很大的限制.在非铁电的极性玻璃陶瓷中,一般情况下由于其各个晶粒的极轴随机取向,而且又不能通过外加电场使极轴转向,故不会有压电和热电性,对于这种非铁电的极性玻璃陶瓷,如果能设法使极性晶粒在形     

铁1,10-菲咯啉/MCM-41催化苯酚羟化反应的研究

MCM-41分子筛是最近美国Mobil公司开发出的一种新材料,其孔径范围在2.0～25nm之间,具有较大的Si/Al比和大的比表面积及孔隙率,孔道大小均匀.其对弱极性的环状及芳族化合物具有较大的吸附能力.自这种新型分子筛合成以来,才开始应用于石油炼制及烯烃裂解,歧化的研究.至今还没有关于将MCM-41作为载体,用于负载金属配合物催化剂的报道.本文利用自己合成的MCM-41分子筛作为载体,制成了负载铁的1,10-菲咯啉配合物催化剂(简记FePhen/MCM-41),并将其应用于苯酚的羟化反应,发现其对苯酚的羟化反应具有较好的催化性能.1 实验部分1.1 FePhen/MCM-41的制备将参考文献[3]制得的MCM-41分子筛,取5g放入200mL0.05mol/L的[Fe(Phen)_3]Cl_2乙醇溶液中,室温搅拌24h,抽滤,所得固体用乙醇洗涤3次,以除去MCM-41分子筛表面和孔道内结合不牢的金属配合物.利用原子吸收光谱分析仪,测得负载催化体系中铁元素的含量为0.65%.1.2 MCM-41分子筛及FePhen/MCM-41的表征     

ZnS-SiO2纳米复合材料的结构和性能

随着微电子学和光电子学的发展,信息处理要求存储材料具有极高的存储密度和极快的响应速度.近来理论研究表明,当半导体晶粒的尺寸小于10nm时,材料的三阶非线性极化率和快速响应速度都将提高.因而纳米复合材料可望成为一种优越的存储材料,并引起人们的广泛关注.1983年,Jain等在Cd(SSe)掺杂玻璃中观测到了较大的三阶非线性光学系数.1989年,Nogami等通过Sol-gel工艺制备了半导体掺杂的凝胶玻璃.我们也采用类似的工艺制备了CdS掺杂的凝胶玻璃,并观察了量子尺寸效应和非线性光学效应.但对这种纳米粒子掺杂形成的复合材料的结构,还缺乏了解.本文通过溶胶凝胶工艺,制备了ZnS分散在SiO_2玻璃中的纳米复合材料.采用XRD,TEM,RDF,Raman光谱对其结构进行了表征.并通过吸收光谱观察到了蓝移现象.利用简并四波混频(DFWM)方法测量了其三阶非线性光学系数.最后讨论了结构对性能的影响.     

改性MCM-41吸附等温线、IR以及29Si MAS NMR的研究

近年来Mobil公司合成了一族中孔材料M41S,MCM-41是其中成员之一.它有六方规则排列的单维孔道,与其他中孔材料相比,具有孔径均匀、热稳定性和水热稳定性好以及吸附无滞后的特性.它的高比表面积(>1000m~2·g~1)和大吸附容量(>0.7mL·g~(-1))使之具有广泛应用前景.MCM-41分子筛的孔径大小可以在制备时通过选择模板剂(表面改性剂)的碳链长度、添加辅助有机分子(如1,3,5-三甲基苯)以及改变反应条件来调变,范围一般从1.6～10nm,其孔壁厚度可在0.3～1.3nm范围内变化.由于它具有大而均匀的孔道以及表面存在着硅羟基缺陷,很容易被改性.如经三甲基氯硅烷化后孔径减小0.9nm.目前除了用三甲基氯硅烷来改性外,尚未见用其他方法改性MCM-41的报道.本文采用水热处理以及二甲基二氯硅烷对高硅MCM-41进行改性.水以及环己烷吸附等温线、固体魔角核磁共振谱(~(29)Si MAS NMR)以及红外光谱(IR)证实了改性使MCM-41硅羟基缺陷减少,表面吸附性质因而发生根本变化.     

新型MOCVD法以SBA-15为模板制备墨水瓶型孔结构的机理研究

研究采用有机金属化学气相沉积(MOCVD)法, 以乙酰丙酮铜Cu(acac)2为前驱物对SBA-15孔结构进行修饰, 制备出结构均匀的ink-bottle孔体系. 该制备过程中, 基质SBA-15的表面特性对于合成结构良好的ink-bottle孔有重要影响, SBA-15经进行适度的镀碳处理后, 其表面由亲水表面变为憎水表面, 有利于后续有机金属选择性的吸附和沉积, 从而实现对SBA-15孔口的修饰, 即保持了SBA-15原有的较大比表面积和孔体积的同时使其孔口尺寸明显减小, 得到ink-bottle孔结构. MOCVD法首次成功应用于ink-bottle孔制备过程中, 对于合成不同孔结构介孔材料领域的研究具有重要意义.