银/二氧化硅介孔复合体的制备

介孔固体系指孔径为2～50nm,孔隙率大于40％的多孔固体,其孔的数量可高达10~(19)g,比表面积可高达900m~2/s,故介孔固体在催化、吸附、分离等方面有重要的应用。根据孔的排列,介孔固体可分为有序和无序两种。若将纳米尺度的颗粒(金属或非金属)置于介孔之中则形成所谓的介孔复合体,颗粒呈弥散分布,互不连接;由于孔-颗粒界面处的相互作用,从而可显著改变颗粒的性质。近几年来有关介孔复合体的研究时有报道,但主要是非金属粒子-有序介孔固体复合体及化合物(半导体)-无序介孔固体复合体的研究。而纳米金属粒子与无序介孔固体复合体的研究尚不多见。尽管Ag与无机化合物的纳米复合材料(与本文的介孔复合体含义不同)已有一些报道,也有人在多孔玻璃中制备成颗粒间基本是互为连接的Ag/SiO_2混合物,但将纳米Ag颗粒放入介孔固体的孔中而形成均匀、弥散分布的介孔复合体尚未见报道(就我们所知)。本文报道纳米Ag与SiO_2介孔固体之间的复合体的制备。     

多孔氧化锌支撑体上合成MAF-4膜及其H_2/CO_2分离性能

为了简化多孔配位聚合物(porous coordination polymer,PCP)或金属-有机框架(metal-organic framework,MOF)膜分离器件的制备流程,本文研究了以多孔氧化锌作为含锌离子MOF膜的支撑体,使用简易的二次生长法合成了SOD-[Zn(mim)2](MAF-4,Hmim=2-甲基咪唑,2-methylimidazole)的致密连续、厚度约为4μm的膜层.在100℃和100 kPa压差下,膜对H_2/CO_2的理想选择性达到25,H2的渗透速率达到2.0×10~(-7) mol/(m~2s Pa);在25℃和100k Pa压差下,等摩尔H_2/CO_2混合气的选择性达到5.7.本工作表明多孔氧化锌可能是基于锌离子的MOF膜材料的理想载体.     

层状硅酸盐Magadiite的层板剥离

以十六烷基三甲基溴化胺和四丙基氢氧化铵为膨化剂,利用超声波的空化作用将合成的层状硅酸盐Magadiite进行层板剥离,从而制备了一种新型介孔材料.采用了XRD、氮气吸附、NMR,IR,SEM和TEM等表征工具对这种材料的结构和形貌进行了详细的表征.研究结果表明:这种材料在长程上是无序的而在短程上是有序的.此外,这种新型介孔材料不仅具有高的比表面,而且约有一半的部分是外表面.形貌观察进一步表明这种介孔材料的孔壁是由不规则的单个晶体片层组成.由于这些结构特点,这种新型介孔材料同时满足了孔壁晶体化,良好的大分子可接近性的要求.     

层状硅酸盐Magadiite的层板剥离

以十六烷基三甲基溴化胺和四丙基氢氧化铵为膨化剂, 利用超声波的空化作用将合成的层状硅酸盐Magadiite进行层板剥离, 从而制备了一种新型介孔材料. 采用了XRD、氮气吸附、NMR, IR, SEM和TEM等表征工具对这种材料的结构和形貌进行了详细的表征. 研究结果表明: 这种材料在长程上是无序的而在短程上是有序的. 此外, 这种新型介孔材料不仅具有高的比表面, 而且约有一半的部分是外表面. 形貌观察进一步表明这种介孔材料的孔壁是由不规则的单个晶体片层组成. 由于这些结构特点, 这种新型介孔材料同时满足了孔壁晶体化, 良好的大分子可接近性的要求.     

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.     

生物质基氮掺杂多级次孔碳材料制备及其锂硫电池性能

锂硫电池因具有较高的理论比容量和能量密度、价格低廉等优势,在动力汽车和大规模储能系统中有广阔的应用前景.发展锂硫电池,设计制备低成本和高性能的电极材料是关键.本文利用廉价生物质废弃物(虾壳)作为原料,通过简单、绿色的水热碳化和二氧化碳碳化/活化过程制备了三维氮掺杂多级次孔碳材料,并将其作为载体负载硫制备锂硫电池正极材料.该制备过程避免了传统活化过程中危险化学品的使用及活化后材料清洗的过程.水热碳化和活化步骤均对材料孔结构的形成具有重要作用.通过氮气吸附、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼(Raman)等表征方法对材料形貌、孔结构、功能基团等进行了深入研究.研究结果表明,得到的材料是具有高孔隙率的微孔-介孔-大孔碳材料,比表面积高达1190m~2/g.由于材料具有多级次孔结构,有利于硫的有效负载.同时,材料中的石墨氮可以提高材料的导电率,吡咯氮和吡啶氮在限制多硫化锂(Li_2S_n,4≤n≤8)中发挥了重要作用,从而使得材料在锂硫电池中具有较好的倍率性能和循环性能.另外,本文为生物质或生物质废弃物转化为功能多孔碳材料提供了一种新的绿色途径.     

金属配位(螯合)型离子液体在二氧化碳吸收和转化中的研究进展

金属配位型离子液体(ionic liquids, ILs)是一类由金属离子与有机或无机配体通过配位作用形成的低温熔盐.其中,当金属离子与配体具有多齿配位点时,将其称为金属螯合型ILs.目前,金属配位(螯合)型ILs已经被广泛用于气体吸收和有机催化等领域,显示出了优异的性能.本文首先对近年来金属阴离子配位型ILs和金属阳离子螯合型ILs在二氧化碳(CO_2)吸收中的应用进行综述,重点讨论了金属离子、配体和阴离子种类对CO_2吸收性能的影响;其次,总结了金属阴离子配位型ILs、金属阳离子配位型ILs、金属阴阳离子配位型ILs和金属阳离子螯合型ILs催化CO_2化学转化的研究进展,分析比较了不同类型金属配位(螯合)型ILs催化CO_2与环氧、末端炔烃、炔丙醇等底物的反应性能与机理;最后,阐述了金属配位(螯合)型ILs应用于CO_2吸收与化学转化时存在的问题与面临的挑战与机遇.     

共沉淀法制备膨胀石墨基Ca_xZn_y(OH)_(2(x+y))太阳能化学蓄热复合材料

报道了通过共沉淀法制备膨胀石墨基Cax Zny(OH)2(x+y)纳米复合太阳能化学蓄热材料的过程和材料特征.以膨胀石墨为基体,将复合的Ca(OH)2和ZnO微粒加入到多孔基体中,制备出膨胀石墨基Cax Zny(OH)2(x+y)纳米复合材料,通过扫描电子显微镜、能谱仪、差热热重分析仪和X射线衍射仪对所制材料的形貌、吸附特性、复合尺度、热力学性能进行了分析测试.研究结果表明,所合成的材料大部分组分为Ca(Zn(OH)3)2,复合材料的晶体尺寸粒径在31.2~86.4 nm范围内,其脱水温度为151.38℃.     

MOFs基多孔碳材料在气体吸附与分离中的应用

气体的吸附与分离对于减缓温室效应、普及清洁能源以及治理挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)而言都显得尤为重要.以金属有机骨架材料(metal organic frameworks, MOFs)为前驱体制备多孔碳材料不仅克服了某些MOFs材料水稳定性和热稳定性差的缺点,还有效地保留了MOFs材料比表面积高、孔径可调等优点,在气体吸附与分离领域具有良好的应用前景.本文介绍了MOFs基多孔碳材料的研究现状,重点探究了MOFs基多孔碳材料在气体(二氧化碳、氢气和挥发性有机物)吸附与分离领域的应用情况,并展望了MOFs基多孔碳材料在气体吸附与分离领域的发展方向,为将其更好地应用于气体吸附与分离领域提供了有价值的理论参考.     

PVDF-PEO微孔聚合物电解质的研究

自Wright等[1]在1973年发现聚氧化乙烯(PEO)/碱金属盐的络合物具有离子导电能力以来, 人们对不同类型的聚合物电解质进行了深入的研究, 并致力于用其代替锂离子电池中的液体电解质[2,3]. 目前聚合物电解质的种类主要包括干态聚合物电解质、凝胶聚合物电解质和微孔型聚合物电解质三类, 但从产业化的角度来看, 微孔型聚合物电解质具有很大的研究价值和应用前景. 美国Bellcore公司于1994年开发出聚偏氟乙烯-六氟丙烯P(VDF-HFP)共聚物多孔薄膜, 吸附电解液后具有较高的电导率和良好的机械性能, 遗憾的是制备过程中须要用丙酮等溶剂萃取抽提制孔剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP), 给规模化生产带来不利. 目前对微孔型聚合物电解质研究较多的主要为含氟聚合物体系, 如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(P(VDF-HFP))共聚物等[3~11]. 本文以相转变的方法(将聚合物溶解在挥发性溶剂和高沸点非溶剂中, 然后置于一定温度和气氛环境下, 挥发性溶剂先挥发, 高沸点非溶剂和高聚合物体系发生相分离而得到微孔结构)制备了PVDF与PEO共混体系(PVDF-PEO)微孔型聚合物电解质膜, 研究表明PEO的引入能够非常显著地改善体系的微孔结构(如孔径、孔隙率、孔的连通性等), 从而大幅度提高PVDF-PEO微孔型聚合物电解质的室温离子电导率, 而且实验方法简单, 无需抽提制孔剂.     

模板技术合成有序介孔/大孔二氧化硅

以双重模板合成技术结合改进溶胶／凝胶过程制备有序双孔二氧化硅,其中大孔的孔壁为介孔,两种孔均相互连通。大孔在干燥的聚苯乙烯胶体晶模板经高温烧结除去后得到,除去由表面活性剂分子形成的自组织结构得到介孔。电子扫描显微镜、透射电子显微镜和选区电子衍射实验结果证实了大孔和介孔的存在,两种孔的尺寸分布均一并且在空间有序排列,两种孔均相互连通,这与氦吸附实验结果吻合。此外,研究了表面活性剂浓度和烧结条件对介孔尺寸、分布和孔的有序性的影响。     

用于二氧化碳捕集的阴离子柱杂化金属有机框架材料

二氧化碳(CO₂)等温室气体浓度提高引起的全球变暖危机已成为全球关切的焦点.为应对这一难题,当前已开发出多种碳捕集技术来减少CO₂的排放.近年来,基于多孔吸附材料的碳捕集技术因具有自身独特优势引起了全球研发人员的广泛兴趣.金属有机骨架(MOFs)材料因其高度有序的孔结构和极为丰富的结构可修饰性,被认为是本领域中极具应用前景的新型多孔材料之一.然而大多数常规MOFs材料通常存在吸附容量与选择性之间的取舍问题,近年来发展的阴离子柱杂化MOFs(APMOFs)材料由于结构中存在有丰富氢键受体的阴离子柱配体,可通过孔道尺寸、形状和化学性质之间的协同效应,同时满足对于高吸附容量和高选择性性能的要求,因而受到了本领域研究者的广泛关注.本文依据材料的吸附性能和稳定性特点,将APMOFs划分为四代发展,综述了该材料近10年来在二氧化碳捕集的研究进展,并指出在未来走向商业应用中面临的机遇和挑战.     

表面具有非交联结构糖蛋白识别位点的分子印迹聚合物微球的可控制备

将原子转移自由基沉淀聚合技术、表面锚定糖蛋白策略及表面引发的可控自由基聚合方法相结合,发展了一种简便高效地制备表面具有(由亲水性聚合物刷形成的)非交联结构糖蛋白(卵清蛋白(OVA))识别位点的分子印迹聚合物(MIP)微球的新方法.对所得具有不同非交联印迹壳层厚度的MIP微球的形貌、化学结构、表面亲水性及模板吸附性能进行了系统研究.结果表明,该方法可高效制备在水溶液中对OVA具有优异识别性能的MIPs.随着MIP微球表面亲水性聚合物刷的引入,其表面亲水性与水相分散稳定性明显提高;同时亲水性聚合物刷的长度亦对MIPs的模板吸附性能有显著影响:只有当亲水性聚合物刷长度与OVA粒径加上微球表面修饰的苯硼酸基的总长度相近时, MIP微球对OVA的吸附容量与专一性吸附方能达到最优;此外,该MIP还具有良好的OVA选择性.     

聚乙烯亚胺改性铝-富马酸金属有机骨架CO_2吸附特性

通过浸渍法对铝-富马酸金属有机骨架(AlFu)进行聚乙烯亚胺(PEI)改性,采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、N_2吸脱附及热重分析等手段对改性前后的材料进行了表征.结果表明使用浸渍法成功将PEI分子引入到AlFu骨架中; PEI分子的负载不会破坏AlFu骨架的晶格结构,但会降低其X射线衍射特征峰强度;PEI负载量增多会导致AlFu骨架团聚,使得材料比表面积和孔体积减小.实验研究PEI负载量、吸附温度、CO_2分压对PEI改性AlFu吸附特性的影响,结果表明50PEI-AlFu样品在75°C, 0.15 (1 bar=100 kPa)下具有最高的CO_2吸附量为2.68 mmol/g,经过9个循环后其CO_2吸附性能基本保持稳定.     

高比表面有序介孔CuFe_2O_4复合氧化物上NH_3选择性催化氧化

以介孔分子筛KIT-6为模板,通过硬模板法制得了具有高比表面积、有序介孔结构的CuFe2O4尖晶石型复合氧化物.采用X射线衍射(XRD)、N2-吸/脱附、H2-程序升温还原(H2-TPR)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光光谱分析(XRF)及X射线光电子能谱(XPS)对硬模板和硬模板法制备的介孔CuFe2O4及传统溶胶-凝胶法制备的CuFe2O4进行了表征.结果表明,硬模板KIT-6结晶良好,介孔结构规整统一,孔径最可几分布在9.1 nm,适合CuFe2O4前驱体的填充.以KIT-6为模板制得的介孔CuFe2O4孔径较小(约4.3 nm),介孔结构明显,比表面积高达194 m2/g.此外,以选择性催化氧化NH3为探针反应,考察了介孔CuFe2O4的催化活性,结果显示,该催化剂选择性催化氧化NH3性能良好,300℃时NH3转化率接近100%,此时,N2选择性高达96%,随着温度升高,N2选择性依然维持在较高水平,600℃时,N2选择性在80%以上.     

界面组装控制的碳纳米管/有序介孔氧化硅核壳纳米线

以碳纳米管与水溶液界面的阳离子表面活性剂十八烷基三甲基溴化铵(ODTMA)超分子自组装结构为模板, 在水溶液体系成功地合成了以碳纳米管为核, 以介孔硅基材料为壳的碳纳米管/有序介孔氧化硅核壳纳米线. 用透射电子显微镜、X射线衍射以及低温N₂吸/脱附对样品进行了表征. 结果表明, 核壳纳米线具有规整的p6mm有序孔道结构、高比表面和集中的孔径分布. 碳纳米管/有序介孔氧化硅核壳纳米线的形貌可通过溶液的pH进行控制. 此外, 碳纳米管/有序介孔氧化硅核壳纳米线在水和乙醇等极性溶剂中具有良好的分散性能, 有望应用于生物传感器、纳米探针以及储能等领域.     

低温MOCVD法制备铜纳米棒

选用乙酰丙酮铜Cu(acac)₂为前驱物, 氢气为反应气, 采用低温有机金属化学气相沉积法(MOCVD)在介孔基质SBA-15中合成出了铜纳米棒. 该反应过程中, 氢气起了重要作用, 一方面氢将金属有机物的配位还原, 从而使其更容易扩散进入SBA-15孔内部, 同时氢也将二价铜离子还原为金属铜, 从而得到铜棒. 这种铜纳米结构由于具有独特的光学、磁学及电学特性, 因而在半导体研究领域中有潜在的重要应用价值. 另外, 研究还发现基质SBA-15的表面特性对于合成该铜纳米结构有重要影响, 将一层碳覆盖于基质表面后, SBA-15由亲水表面变为憎水表面, 更加有利于有机铜的吸附和铜离子在其内表面的沉积. 该合成方法简单, 反应只需较低的反应温度(400℃)和真空度(2 kPa), 实现了温和条件下制备铜纳米棒状材料.     

介孔球形LiFePO4的低温水热合成及其电化学性能

以廉价的LiOH,Fe(NO3)3和NH4H2PO4为原料,采用低温水热法(130℃)获得LiFePO4微球前驱体,并经进一步高温煅烧,获得具有介孔结构的橄榄石形LiFePO4/C微球.SEM,TEM,HRTEM和BET表征表明,所制备的LiFePO4/C微球由纳米颗粒聚集而成,颗粒间隙交织构成介孔通道.这种介孔微球结构同时具有高的比表面积和振实密度(≥1.4gcm-3),因而表现出良好的电化学性能.在0.5C电流密度下能够放出理论容量的90%,而1C时仍能保持80%的理论容量.此外,该合成方法简单、制备成本低廉,可用于LiFePO4材料的工业化生产.     

一种新型微孔聚合物电解质的制备与表征

以介孔分子筛SBA-15为填料, 探索出一种无需使用增塑剂制备微孔型聚合物电解质的新方法. 当SBA-15︰PVdF-HFP(偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物)=3︰8时, 所制备的复合固体聚合物电解质(CSPE)室温电导率达0.30 mS·cm^-1. 红外透射光谱显示, 成膜液中溶剂分子和SBA-15分子筛之间的相互作用所引发的相分离导致微孔的形成. X射线衍射(XRD)结果表明, SBA-15分子筛的加入, 降低了聚合物电解质的结晶度, 而SBA-15分子筛仍保持原有的骨架结构. 所组装的Li/CSPE/MCF电池具有较为平稳的充放电平台, 首次循环的库仑效率约为85.0%, 经过20次循环后, 容量保持率为94.0%.     

金属/PS/n-Si结构光电转换效率的研究

在许多研究工作着重于多孔硅(PS)的发光机制和提高电致发光效率的同时,多孔硅接触结构问题也受到人们的关注,认为多孔硅众多的表面态导致多孔硅接触结构具有较大的内部串联电阻和较大的理想因子.在光电转换方面,金属/孔硅结构也表现出一些特别性质.本文报道采用电镀法制备的M/PS/n-Si结构的光伏效应,以及采用一种特别的设计大大提高M/PS/n-Si复合结构的光电转换效率.1 多孔硅的制备用来制备多孔硅的是单面抛光的(100)方向的n型单晶硅,电阻率约为8Ω·cm.首先在硅片未抛光面制备欧姆接触的铝膜.然后采用阳极氧化方法制备多孔硅 溶液配比为HF:H_2SO_4:酒精=4:2:4,电流密度为5mA/cm~2,阳极化时间为30min在制备过程中采用150w钨灯距硅片20cm处照射.