Liang LI
,
Naoto KOSHIZAKI
材料科学技术（英文）
This review summarizes the various techniques developed for fabricating nanotube arrays in porous anodic alumina membranes (AAMs). After a brief introduction to the fabrication process of AAMs, taking carbons, metals, semiconductors, organics, biomoleculars, and heterojunctions as typical examples, attention will be focused on the recently established methods to fabricate nanotubes in AAM, including electrochemical deposition, surface sol-gel, modified chemical vapor deposition, atomic layer deposition, and layer-by-layer growth. Every method is demonstrated by one or two reported results. Finally, this review is concluded with some perspectives on the research directions and focuses on the AAM-based nanotubes fields.
关键词:
Nanotube
,
Template
,
Anodic
,
alumina
,
membra
Qing LIN
,
Lianzeng YAO
,
Guowei JIANG
,
Chuangui JIN
,
Weifeng LIU
,
Weili CAI
,
Zhen YAO
材料科学技术（英文）
Aligned silicon dioxide nanotubes with diameter of 60~70 nm were synthesized inside the nanoholes of an anodic Al membrane (AAM) template by pressure impregnating the AAM pores with the SiO¬2 sol. The SiO¬2 nanotubes with different wall thickness were produced by repeating the process. Using the second-order template of porous AAM with silicon dioxide nanotubes, it was fabricated the nanostructure of Fe nanowires encapsulated by SiO¬2 nanotubes by electrochemical deposition. Scanning electron microscope (SEM) and transmission electron microscope (TEM) observations show that the nanotubes and nanocables are compact, continuous and uniform. Selected area electron diffraction (SAED) pattern shows the Fe nanowire is a single crystal. The magnetic properties of these samples were checked by a vibrating sample magnetometer (VSM). The coercivities of the samples are greatly improved compared to the corresponding bulk materials.
关键词:
Template
,
null
,
null
,
null
唐志红
,
何星
,
宋燕
,
刘朗
,
郭全贵
,
杨俊和
新型炭材料
doi:10.1016/S1872-5805(09)60045-7
以纳米SO2粒子为模板,酚醛树脂、中间相沥青和聚丙烯腈为炭前躯体制备中孔炭.利用氮气吸附、元素分析和X-射线光电子能谱等分析了不同种类炭前躯体对中孔炭的影响.结果表明:在炭化温度和纳米粒子添加量相同的情况下,不同炭前躯体所制中孔炭的孔结构和表面化学性质不同.中间相沥青基中孔炭中微孔和中孔含量最少,酚醛基中孔炭中含有丰富的微孔和中孔,聚丙烯腈基中孔炭中含有大量的含氮官能团.
关键词:
模板
,
炭前躯体
,
中孔炭
,
孔结构
,
化学性质
王艳素
,
王成扬
新型炭材料
doi:10.1016/S1872-5805(09)60041-X
以乙酸镁和柠檬酸镁热解得到的MgO为模板,热塑性沥青为碳前驱体,采用程序升温一步炭化法(950℃,N2)制备了高比表面积中孔炭材料.尽管未进行活化,两种模板前驱体与沥青混合所制中孔炭材料均可获得非常高的比表面积.以这两种中孔炭作为双电层电容器的电极材料,在质量分数为30%的KOH电解液中测试其电化学性能.结果表明:这两种中孔炭电极均可得到较高的比电容量和理想的功率特性,尤其是柠檬酸镁作前驱体时,MgO与沥青质量比为4时得到的炭材料(MCP 8/2)在20mA·g-1 的电流密度下得到284F·g-1 的比电容量,且在1000mA·g-1时仍能得到236F·g-1 的比电容.交流阻抗测试表明:组装的双电层电容器的内部阻抗均小于3. 5Ω.
关键词:
模板法
,
沥青
,
中孔炭
,
双电层电容器
,
电化学性能
王浩强
,
赵宗彬
,
陈梦
,
肖南
,
李蓓蓓
,
邱介山
新型炭材料
doi:10.1016/S1872-5805(14)60137-2
以煤焦油为碳源,三聚氰胺为氮源,MgO 纳米片为模板,通过预氧化和炭化过程合成出氮掺杂中孔炭纳米片(NMCNs),可实现对中孔炭材料的孔结构和氮掺杂含量的调控。所制中孔炭材料具有独特的中孔和片状结构,比表面积较大(1209 m2/ g),氮掺杂量较高(8.6%)。将其应用于锂离子电池负极材料,NMCNs 展现出比容量高和循环稳定性优良的特性,在电流密度为100 mA/ g 时具有高达1000 mAh/ g 的比容量。
关键词:
氮掺杂
,
中孔炭纳米片
,
煤焦油
,
模板
,
锂离子电池
新型炭材料
以蜜胺泡沫体为模板,采用氟化聚酰业胺制备了微孔泡沫炭.测定了其对环境中水气的吸附/脱附行为,发现:泡沫炭在空气中400℃活化1 h,可以提高其对水气的吸附能力.与活化前相比,对水气的吸附量几乎高达3倍,尽管其微孔容积仅增大了1.5倍.对环境水气中的可逆吸附率与微孔容积成线性关系,微孔容积为0.75mL/g的泡沫炭,其水气吸附率约为质最分数40%.
关键词:
泡沫炭
,
聚酰亚胺
,
模板
,
水蒸气
,
吸/脱附
蓝俊峰
,
伍晓锋
,
吕康乐
,
司玲玲
,
邓克俭
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60987-1
TiO2空心微球因具有低密度、高活性、易分离而有利于多次重复使用的优点而广受关注.本文介绍一种无氟制备TiO2空心微球的简单方法——磷钨酸钾(K3PW12O40)模板法.首先，将H3PW12O40和KCl溶液混匀，得到白色牛奶状的K3PW12O40模板(式(1))，然后在磁力搅拌下加入一定量的Ti(SO4)2粉末，加热至大约125oC开始回流.回流8 h后，过滤洗涤.滤饼分散在强NaOH溶液中，原位除去K3PW12O40模板(式(2)).最后，将催化剂洗涤到滤液为中性，干燥后即得到TiO2空心微球.3KCl + H3PW12O40= K3PW12O40ˉ+3HCl (1) K3PW12O40+24NaOH =12Na2WO4+ K3PO4+12 H2O (2) Ti(SO4)2+2H2O = TiO2+2H2SO4(3)我们将所制备的TiO2空心微球，采用X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、傅立叶红外光谱、固体粉末漫反射和X射线光电子能谱等进行了表征.采用紫外光催化降解阴离子染料(活性嫣红X3B)来评价催化剂的性能.实验结果显示：(1)所制TiO2空心微球直径在0.5–1.0μm；(2)磷钨酸钾模板剂充当晶核，有利于空心微球的晶化；(3)加入的高浓度硫酸钛，水解产生大量的硫酸，抑制硫酸钛水解，不利于TiO2空心微球的晶化(式(3))；(4)催化剂的活性随着硫酸钛量的增加而先增后降.4 mmol硫酸钛用量的TiO2空心微球具有最高的光催化活性，是TiO2颗粒样品(无磷钨酸钾模板法制备)的2.1倍.用该方法制备的TiO2空心微球活性高可归因于以下主要原因：(1)TiO2空心微球独特的孔结构；(2)良好的晶化程度(TiO2样品晶化度越高，越有利于光生载流子的分离，抑制复合)；(3)样品残余磷钨酸钾模板和TiO2之间存在光生电子转移，有利于空心微球TiO2活性的提高.该法具有操作简单、重复性好、易于批量制备的等优点，有望广泛应用于(光)催化、电化学、分离与纯化以及药物缓释等领域.
关键词:
二氧化钛
,
空心微球
,
磷钨酸钾
,
模板
,
降解
王雪飞
,
余锐
,
王康
,
杨桂全
,
余火根
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60978-0
贵金属修饰的TiO2空心纳米光催化材料由于具有大的比表面积、低的质量密度、良好的表面渗透性、强的光吸收能力以及界面电荷的快速转移,因而表现出优异的光催化性能.为了制备结构可控且精良的贵金属修饰TiO2空心纳米光催化材料,人们先后采用湿化学法、高温固相法、声化学法及光化学沉积法等.由于在制备过程中涉及多种异相材料的合成和结构控制,因此上述合成方法通常需要复杂且多步过程(有些过程甚至很容易导致结构破坏),从而限制了其在光催化领域的实际应用.本文开发了一种简单的模板诱导法,成功制备了Ag纳米粒子修饰的TiO2空心八面体光催化剂.合成过程包括模板指导沉积和原位模板溶解.以Ag2O八面体为模板, TiF4水溶液为前驱体,首先通过TiF4水解形成TiO2纳米粒子沉积在Ag2O模板表面,而TiF4水解产生的酸性HF水溶液可原位溶解碱性的Ag2O模板,从而一步制得TiO2空心八面体.同时,利用Ag2O以及Ag+离子的光敏特性,在光照条件下使Ag2O和Ag+离子生成Ag纳米颗粒,直接沉积在TiO2空心八面体的内外表面,得到Ag/TiO2光催化剂.由此可见,该合成方法具有明显的步骤少的优点.扫描电镜、透射电镜、能量散射和紫外-可见光谱等表征结果表明成功制得内外Ag纳米粒子修饰的TiO2空心八面体光催化剂,其中TiO2空心八面体的壁厚约为25 nm,边长约为1μm,而修饰在其表面的Ag纳米粒子尺寸仅为5–10 nm.此外,通过控制TiF4前驱体浓度,还可制备核壳结构的Ag2O@TiO2八面体以及不同壁厚Ag修饰的TiO2空心八面体,表明该方法在Ag/TiO2形貌合成上的多样性和可控性.为了获得良好的光催化活性,对制备的Ag纳米粒子修饰的TiO2空心八面体光催化剂进行了不同温度的热处理. X射线衍射结果表明,即使在600 oC高温下,制备的Ag/TiO2空心八面体光催化剂依然能够保持原有的特殊形貌和锐钛矿TiO2晶型.该温度明显高于TiO2从锐钛矿向金红石转变的温度.这说明合成的Ag/TiO2能在保持高活性锐钛矿相的同时获得更好的结晶性.这可能是由于分散在TiO2原始晶粒周围的Ag纳米粒子能阻止其进一步长大,从而抑制了其晶型转变.不同样品光催化降解甲基橙的结果表明,经600oC高温热处理的样品表现出最高的光催化活性,相应的反应速率常数为0.11 min？1.这应得益于该光催化剂具有以下三个特点：(1) TiO2空心八面体的薄壁结构能够缩短光照条件下光生电子和空穴从内部扩散到表面的距离；(2)由于贵金属Ag纳米粒子沉积在TiO2薄壁的内外两个表面以及TiO2和Ag形成肖脱基势垒,因此在它们接触的界面上能够发生更快的界面电荷转移；(3)高温处理导致TiO2良好的晶化以及高活性锐钛矿TiO2晶型的保持.
关键词:
光催化
,
银
,
二氧化钛
,
空心八面体
,
界面电荷转移
,
模板
魏会娟
,
谢素娟
,
刘克峰
,
辛文杰
,
李秀杰
,
刘善和
,
谷顺明
,
刘盛林
,
徐龙伢
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60887-7
芳香族化合物的Friedel-Crafts酰基化反应是制备芳香酮的一类重要反应,传统的Lewis酸(如AlCl3)和质子酸(如H2SO4)催化剂易制备,价格便宜,但存在对环境污染严重、与产物难分离等问题.因此,近年来研究者一直致力于环境友好催化剂的研发,其中分子筛因选择性好、与产物易分离、可再生和无污染等优点而日益受到人们的重视,尤其是MWW分子筛,由于具有较多的外表面酸性位,而在酰基化反应中表现出良好的抗积碳性能.本课题组曾讨论了对一系列不同模板剂(六亚甲基亚胺, HMI)含量的MCM-49分子筛进行NaOH与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)共处理的情况,而本文重点考察的是只用CTAB处理不同HMI含量的MCM-49分子筛时,其结构与酸性会如何变化,改性前后样品的结构与酸性借助XRD, N2吸脱附等温线测试,29Si与27Al MAS NMR, NH3-TPD, Py-IR与漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)等技术进行表征.另外,将一系列样品用于催化苯甲醚(AN)与乙酸酐(AA)的酰基化反应,考察CTAB处理对MCM-49分子筛催化性能的影响.将含模板剂HMI的MCM-49分子筛原粉在不同温度(250,350,450或550°C)下焙烧,得到一系列不同孔道系统内保留HMI的样品,随后采用CTAB溶液(0.27 mol/L)对其在70°C下进行后处理1 h.结构表征的结果表明,在脱除模板剂HMI及CTAB处理的过程中,分子筛骨架结构基本未被破坏,同时, CTAB处理不能向分子筛中引入任何形式的介孔,无论是晶内介孔还是晶间介孔.在CTAB处理时,可以清除分子筛中部分无定形物种,尤其是无定形Al物种,同时也可能发生部分非骨架Al原子重新进入分子筛骨架的情况,造成骨架铝的比例相对提高.根据29Si与27Al MAS NMR结果可以推断,进入分子筛骨架的Al原子可能会取代T3位置上的Si原子,亦或直接进入T2或T3位置缺陷位.酸性表征的结果表明, CTAB修饰后样品Br?nsted酸量比HMCM-49明显提高,并随HMI含量的逐渐降低呈现先增加后降低的趋势,而Lewis酸量则相对于HMCM-49有所降低.将一系列CTAB修饰前后的MCM-49样品用于催化AN与AA的酰基化反应,反应条件为：压力1.0 MPa、温度110°C、总质量空速WHSV(AN+AA)为10.2 h?1及原料中AN与AA的摩尔比为5：1.反应数据表明,相对于HMCM-49样品, CTAB修饰后样品对应的AA转化率显著提高(初始转化率由51.4%最高增加至85.0%),并随CTAB处理过程中HMI含量的逐渐降低呈现先增加后降低的趋势,而产物选择性则基本没有变化.各样品的AA初始转化率与其Br?nsted酸量基本呈现正向关联.通过间二甲苯歧化反应预积碳堵塞超笼及碱性探针分子2,4-二甲基喹啉吸附覆盖表面半超笼的方法,研究CTAB修饰前后各样品的不同孔道系统对酰基化反应的催化贡献.结果表明,酰基化反应主要发生在MCM-49分子筛的表面半超笼,其次为超笼,正弦孔道的贡献很小.另外, CTAB修饰后样品催化活性的提高主要来自于不含HMI的孔道系统的贡献,进一步验证在CTAB处理过程中,改性作用主要发生在MCM-49分子筛中不含HMI的区域.结合表征和反应评价结果,提高酰基化反应活性需尽可能提高催化剂的Br?nsted酸量,这是分子筛催化剂今后改进的一个主要方向.
关键词:
MCM-49分子筛
,
模板剂
,
后处理
,
十六烷基三甲基溴化铵
,
酰基化
