介孔材料的发展及合成机理

美国Mobil公司的研究人员在1992年制成了M41S硅基系列,引起了国际物理学、化学及材料科学界的高度重视,人们对这种有机与无机离子在分子水平的自组装结合方式产生了浓厚兴趣.为了进一步探讨有关介孔结构形成的本质,近10年来介孔结构形成机理一直成为研究的焦点,人们提出了各种的形成机理来解释这种规则排布的介孔结构的形成过程.本文简述了介孔材料的发展,介绍了介孔材料的合成机理.     

Zr-Ce-SBA-15介孔材料的合成和形貌调控

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,P123为模板剂,氯化氧锆(ZrOCl2·8H2O)和硝酸亚铈(Ce(NO3)3·6H2O)为锆、铈前驱体,在不外加无机酸的条件下,利用无机前驱盐自身水解产生的弱酸性环境,水热法一步合成Zr-Ce-SBA-15介孔材料。通过改变起始物料配比和调节合成温度可以实现对产物的形貌进行有效控制。利用小角X射线衍射(LXRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)和氮气吸附等手段对所合成的样品进行了表征。结果表明:在nZr(Ce):nSi物质量的比分别为0.03,0.05,0.10时,合成的材料具有类似于SBA-15高度有序的二维六方相介孔结构,锆、铈物种被成功引入SBA-15材料的骨架中。当nZr(Ce):nSi摩尔比为0.05,晶化温度为100℃时,Zr-Ce-SBA-15表现为六方板状形貌。随着晶化温度的升高,Zr-Ce-SBA-15的形貌由六方板状转变成圆盘状。     

胶晶模板法合成三维有序大孔金属氧化物材料

以自然沉积组装的聚苯乙烯（Ps）微球为胶体模板,分别以浓度为50％的钛酸四丁酯醇溶液和锆酸四丁酯醇溶液为前驱体对模板进行填充,最后通过煅烧除去模板得到了三维有序大孔（3DOM）TiO2、ZrO2材料。从SEM照片可观察到,3DOMTiO2、ZrO2材料可以看成是PS模板的逆复制,孔径大小均匀,与PS模板相比具有一定的收缩。进一步通过TEM照片观察,3DOM材料整体上呈面心立方结构,孔壁完整致密。XRD显示,制备的3DOM的TiO2和ZrO2孔壁分别为锐钛矿型和单斜晶型。     

无压反应合成MCM-41硅基介孔材料

以水玻璃溶液为硅源,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,成功合成了MCM-41硅基介孔材料.并用XRD、TEM和N2吸附一脱附等方法对样品进行了表征.XRD分析表明:当m(CTAB)/n(Si)的比值为0.09,合成体系pH值为10～11,反应温度为85℃时,合成的样品微观结构好,长程有序化程度高.TEM和N2吸附一脱附的分析结果表明:样品具有六方有序结构的硅基介孔材料,其BET表面积为1027 m2/g,最可几孔径为2.88nm.     

介孔氧化锆材料的模板自组装法合成与表征

采用模板自组装的方法一步合成介孔氧化锆材料,并利用TG-DTA、SAXRD、N2吸附和HRTEM对材料进行表征。结果发现,经400℃焙烧后模板剂能够完全脱除;低角度XRD结果显示材料具有良好的介孔结构;N2吸附结果得到介孔氧化锆的孔径为3.7nm,比表面积为165.3m2/g。介孔氧化锆经不同温度焙烧后的XRD和HRTEM结果表明,600℃焙烧后仍能保持介孔结构,更高温度焙烧介孔结构被破坏;选区电子衍射显示在介孔孔壁上有部分的纳米晶生成。     

湿化学法合成高矫顽力FeCo纳米线及其磁性能

FeCo纳米材料具有高的饱和磁化强度和较大的磁导率,具有广阔的应用前景。但如何制备出高磁晶各向异性能的FeCo纳米材料,一直是该领域的难点。研究表明,各向异性的一维纳米线可以提高材料的磁性能。因此提出一种简便的湿化学法,通过溶剂十六胺以及表面活性剂油胺和油酸的配合、诱导,直接合成一维的FeCo纳米线。借助形状各向异性增强了FeCo相的磁晶各向异性,成功制备出具有较高矫顽力的FeCo纳米线。调节反应温度可对FeCo纳米材料的形貌和磁性能进行调控,在反应温度为280℃时,获得了分散均匀的一维FeCo纳米线。该纳米线的矫顽力H_c高达1 092 Oe,饱和磁化强度M_s为113 emu/g。为可控制备具有高矫顽力的一维FeCo纳米材料提供了新的路线和实验依据。     

CO/Al2O3纳米线有序阵列的制备与磁性

用电化学法制备了高度有序的多孔氧化铝模板(AAO),用交流沉积法以硫酸盐为电解液在多孔氧化铝模板中还原生长了Co纳米线,制备了Co/Al2O3纳米线有序阵列.通过电化学脉冲剥离法去除了沉积在阵列表面的过剩金属钴和金属铝基底,提高了样品的磁垂直各向异性.分别用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)对多孔氧化铝模板和纳米线阵列的微观形貌和结构进行了分析,用振动样品磁强计(VSM)对样品的磁学性质进行了测试.分析了模板孔径、孔心距、长径比以及交流电化学沉积条件如pH值、温度等对纳米线结构和磁性能的影响.孔心距和长径比一定的条件下,孔径增大引起孔壁厚度降低会导致纵向矫顽力和剩磁比下降.纳米线中的晶粒在生长过程中(100),(002)择优取向.当外场垂直磁化时,磁滞回线有较高的矩形比(0.6～0.85)和矫顽力(80 000A/m～150 400A/m),具有明显的垂直膜面各向异性,矩形比和矫顽力都比一般的二维合金薄膜材料大得多.     

甲醇对有序介孔氧化硅结构和形貌的影响

以三嵌段共聚物P123为模板剂、正硅酸乙酯TEOS为无机硅源,采用水热法合成了SBA-15介孔分子筛,并采用XRD、SEM、TEM、N_2吸附-脱附等表征手段研究了不同含量的甲醇对SBA-15分子筛的结构与形貌的影响.结果表明:甲醇对SBA-15介孔材料的形貌与结构影响较大,随着甲醇含量的增加,SBA-15介孔分子筛逐渐从纤维状变为球形,且在很宽的浓度范围内存在一个纤维状与球形共存的中间态,这主要是由于亲水性小分子的嵌入导致双胶束的形成,并最终形成两种形貌的共存;同时,随着甲醇含量的增加,介孔由有序向无序状态变化,N_2吸附-脱附实验表明平均孔径逐渐从10.2 nm降低到8.8 nm,孔径的分布逐渐变宽,孔容由1.003 cm~3/g逐渐增加到2.708 cm~3/g,比表面积由455.3 m~2/g增加到1063 m~2/g,说明随着甲醇添加量的增加,介孔逐渐向微孔方向扩展.     

Al掺杂TiO2介孔材料的合成、表征和光催化性能

以钛酸四丁酯为钛源、十八水硫酸铝为铝源、三乙醇胺为模板剂,采用研磨-溶胶技术合成了Al掺杂的TiO2介孔材料,并利用XRD、EDS、TEM、BET、UV-vis和IR等手段表征了材料的结构、形貌、比表面积、孔径分布及光学性能.结果表明:Al掺杂能够减小TiO2光催化剂的粒径,提高介孔TiO2的热稳定性;Al掺杂TiO2介孔材料的平均孔径为4.5 nm,比表面积达到110.2 m2/g;相比商用P25和介孔TiO2,Al掺杂介孔TiO2的吸收边发生红移,对初始浓度为20 mg/L的甲基橙进行催化降解1h后,其降解率达到92.5％.     

二元胶体晶体及二氧化硅复杂有序介孔膜的制备

采用模板辅助电场诱导沉积和加速蒸发诱导共沉积两种方法,用聚苯乙烯微球制备了高度有序的二元胶体晶体结构.通过溶胶凝胶法填充这些模板结构,并经过热处理后获得具有复杂有序多孔结构的二氧化硅薄膜.SEM结果表明,所得薄膜较好地复制了胶体晶体模板的结构,薄膜孔径与微球直径相比有一定程度的收缩.与普通多孔膜相比,这种有序多孔膜具有更复杂的结构以及更高的比表面积,在分离提纯、催化剂及光子带隙材料等领域具有一定的应用前景.     

高强度有序介孔二氧化硅减反膜的制备及性能

以三嵌段聚合物F127为模板剂,正硅酸乙酯为前驱体,盐酸为催化剂,采用溶胶凝-胶法制备了氧化硅减反膜,采用FTIR、AFM、SEM、TEM、N2吸附-脱附分析仪、紫外-可见-近红外分光光度计和纳米力学测试仪等对薄膜成分、形貌、结构和性能进行表征分析。结果表明,该薄膜具有丰富的有序介孔结构,孔隙率达约45%,折射率约1.24,镀膜的玻璃透过率高达约99.9%;同时,薄膜在机械性能测试中表现出优异性能,其硬度和约化杨氏模量分别为3.2GPa和68GPa,且具有较好的耐刮擦性能。     

日本—企业合成微磁性半导体材料

一家名叫阿尔巴克公司的日本小企业日前宣布,它在世界上首先合成了微磁性半导体,这种材料能够制造多种半导体元器件。 据这家公司在第62届日本应用物理学会年会上发表的学术论文说,这种微磁性半导体是以氮化镓作材料制作的,采用了分子外延成长法,即把氮化镓放在真空里加热成为气体,然后使之在基板上凝结、成长、结晶,其间添加磁性金属     

介孔单晶Co_3O_4纳米球颗粒的合成和磁性能（英文）

以介孔氧化硅LP-FDU-12作为硬模板,通过纳米复制技术合成出具有单晶结构的介孔CO_3O_4小球,对合成样品进行XRD、TEM、N2吸脱附、超导量子干涉仪(SQUID)测试表征。结果表明,所合成的介孔CO_3O_4较完整地复制了LP-FDU-12的介孔孔道结构,其比表面积到53 m~2/g,较传统方法合成的纳米CO_3O_4有较大提高。磁性能研究表明,在奈尔温度T_N为35 K时,出现磁反转,由反铁磁性转变为弱铁磁性。     

束状垂直深孔崩矿在国外的应用

论述了束状垂直深孔崩矿的特点及在国外的应用效果，说明了该崩矿方法的适用范围。     

介孔CeO2的化学沉淀法合成及表征

以硝酸铈(Ce(NO3)3.6H2O)、碳酸铵((NH4)2CO3.H2O)为原料,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,采用化学沉淀法合成了一系列具有不同孔径的介孔CeO2粉末,使用X射线衍射(XRD)、差示/热重(DSC/TG)、BET孔性能测试、透射电镜(TEM)及红外光谱(IR)分析等手段对合成产物进行了分析和表征,探讨了CTAB与Ce的摩尔比、反应温度、焙烧温度和时间对孔径大小和比表面积的影响。在CTAB与Ce的摩尔比为1∶1、反应温度为80℃、焙烧温度为300℃、焙烧时间为1 h条件下,制得了比表面积为132 m2/g的介孔CeO2。     

Co-MCM-41介孔分子筛的水热合成与稳定性

以硅酸钠、氯化钴等无机盐为原料,通过水热法合成含有不同Co含量的六方介孔分子筛Co-MCM-41.采用X射线粉末衍射、红外光谱、等离子发射光谱、程序升温还原、透射电子显微镜和N2吸附-脱附等技术对样品的物化性能进行表征,研究所合成的Co-MCM-41的稳定性.研究结果表明:在水热条件下合成4种不同Co含量的Co-MCM-41介孔分子筛,其比表面积为809.8～1257.2 m2/g,平均孔径为2.7～2.8 nm.随着介孔分子筛中Co含量的增加,介孔分子筛的比表面积、孔体积变小,介孔有序性变差.所合成的含Co介孔分子筛经750 ℃焙烧3 h后介孔结构被破坏,经100 ℃水热处理5 d后样品虽然具有介孔结构,但介孔有序性差.     

基于液晶模板的蒸发诱导自组装技术合成高催化活性的有序介孔氧化钛(英文)

利用蒸发诱导自组装技术,用液晶为模板制备有序介孔氧化钛(OMPT),探讨影响亚甲基蓝(MB)氧化降解效率的主要因素,包括MB的初始浓度、pH值和催化剂浓度。结果表明,所获得的OMPT具有二维六方介孔结构,粒径小,比表面积大,表现出高的热稳定性,这些都导致其比催化剂P25和溶胶–凝胶法制备的纳米氧化钛颗粒(NPT)有更高的降解效率。在MB浓度5 mg/L、pH 6和OMPT浓度1.5 g/L的条件下,MB的降解率最快。总有机碳(TOC)分析表明,OMPT在240 min内实现了对MB的完全矿化,其速率常数高于P25和NPT的。     

氨化合成一维GaN纳米线

用氨化溅射Ga2O3薄膜的方法，成功地合成了一维GaN纳米线。用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和高分辨电镜(HRTEM)对样品进行了分析。生成的GaN纳米线平直光滑，其直径为20nm～90nm，长可达50μm；纳米线为高质量的单晶六方纤锌矿GaN，沿[110]方向生长。用此工艺制备GaN纳米线，避免了在制备过程中引入杂质，合成的纳米线纯度较高。     

钛基表面有序介孔结构的制备及其对细胞黏附的影响

为了改善钛基材料的生物活性,通过微弧氧化法在钛基表面构建了TiO_2氧化层,该氧化层呈蜂窝状的介孔结构分布。考察了电解液和电流密度对所形成介孔结构的影响,并评价了介孔孔径对细胞黏附的影响。结果显示,硝酸根离子在形成介孔结构的氧化过程中发挥着重要作用。随着电流密度的增大,氧化层的介孔尺寸逐渐增大,表面黏附的细胞数量呈先增加后减少的趋势。介孔尺寸为23 nm的表面结构有利于成骨细胞的黏附。