收藏本站
《中国石油大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

三维有序大孔材料的制备、表征与应用性研究

李石  
【摘要】: 三维有序大孔(3DOM)材料是近年来刚刚兴起的多孔材料领域一项重要研究课题。3DOM材料不仅具有通常多孔材料的一般特点,如比表面积大、孔隙率高等,而且还具有孔结构排列周期性强、孔径分布窄、大孔尺寸均匀可调等一系列的自身特点,在光子晶体、大分子吸附分离、催化剂及载体、传感器及电极材料等多个领域具有广泛的应用前景。目前,3DOM材料的主要制备方法是胶晶模板法,本文在综述大量文献的基础上,以胶晶模板技术为核心,制备了多种3DOM氧化物、炭材料,并以3DOM炭材料作为载体进行了应用性研究。 胶晶模板的制备与组装是胶晶模板法制备3DOM材料的前提。首先采用无皂乳液聚合技术合成了粒径分别为270nm、300nm、350nm、480nm和700nm的聚苯乙烯(PS)胶体微球和粒径为360nm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体微球,用传统的St(o|¨)ber法合成了粒径分别为190nm、300nm和550nm的SiO_2胶体微球,以自然沉积、离心沉积和垂直沉积三种方式将制备的胶体微球组装为具有蛋白石结构的胶晶模板。组装好的胶晶模板布拉格(Bragg)衍射现象明显,宏观上具有绚丽的彩光,微观上胶体微球排列具有面心立方(fcc)结构。 以金属醇盐为前驱体,利用溶胶-凝胶技术对PS胶晶模板进行填充,制备了3DOMZrO_2、SiO_2和TiO_2材料。以柠檬酸存在下的硝酸铈、硝酸镍和硝酸铝溶液为前驱体,成功制备了3DOM CeO_2、NiO和Al2O3材料。以硝酸锰和氧氯化锆溶液直接作为前驱体对胶晶模板进行填充,成功制备了3DOM MnO_2和ZrO_2材料。3DOM材料大孔通过小窗口相连通,形成三维交联的大孔网络结构,可以认为是对胶晶模板的逆复制。根据不同的目标产物来选择合适的胶晶模板和填充过程,与金属醇盐相比,金属盐类作为前驱体成本更为低廉。 以廉价易得的蔗糖为炭源,溶于水中并滴加1.5ml浓硫酸作为催化剂,配制成浓度10%、20%和30%的炭源前驱体溶液,利用浸渍过程对SiO_2胶晶模板进行填充,研究发现当蔗糖溶液浓度为30%时,获得了长程有序的3DOM炭材料,并且强度较高,比表面积较大。以该3DOM炭材料为二次模板,将氧氯化锆溶液填充到其中,高温氧化燃烧除去炭后得到了3DOM ZrO_2材料,二次模板过程获得的3DOM ZrO_2材料具有较小的孔径收缩率。另外,以蔗糖为前驱体制备的3DOM炭具有良好的强度和韧性,以是一种理想的载体材料。除了蔗糖外,苯蒸气为炭源,利用化学气相沉积(CVD)过程对二氧化硅胶晶模板进行填充,制备了三维有序排列的大孔炭球。由于前驱体的区别,蔗糖获得的3DOM炭材料孔壁为无定型结构,具有较高的表面积,大孔壁上具有较为丰富的微孔和中孔。而当使用苯为炭源时,3DOM炭球出现明显的石墨化结构,表面积明显降低。这种晶型结构上的差别主要来源于前驱体本质结构上的区别。 以浓度30%蔗糖溶液为前驱体获得的3DOM炭材料作为催化剂载体,通过结合溶胶-凝胶和浸渍过程,成功制备了3DOM TiO_2/C复合材料。以钛酸四丁酯为钛源,与乙醇、盐酸和二次蒸馏水配成浓度分别为0.4mol/l、0.8 mol/l和1.2 mol/l的溶胶溶液,然后将3DOM炭浸渍于不同浓度溶胶中,固化煅烧后得到了具有锐钛矿晶型的3DOM TiO_2/C复合材料,并将其作为一种新型光催化剂对甲基橙模拟废水进行了降解研究,发现3DOM TiO_2/C复合材料具有良好的光催化性能,并且由于纳米TiO_2颗粒镶嵌于3DOM结构中,不易脱落,具有良好的再生和循环使用能力。 在能源方面,以3DOM炭材料为载体,通过电化学沉积技术将导电聚合物聚苯胺负载在大孔壁上,合成了3DOM PANI/C复合材料,该复合材料具有良好的电容存储性能。不同的沉积条件对最终的沉积量和聚苯胺膜厚度有明显影响,聚苯胺膜比较薄时更有利于其发挥氧化还原储电能力,循环伏安法的测试说明,3DOM PANI/C复合材料电极的氧化还原反应可逆性良好,是作为超级电容器的理想候选材料。
【学位授予单位】:中国石油大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB39

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 鲁妙霞;郑经堂;;三维有序大孔炭材料的制备及其应用[J];炭素技术;2012年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 刘玮洁;孙正昊;邹博;崔海宁;;四方排列有序Ag/TiO_2空心微球的制备及光催化性能[J];功能材料;2012年07期
2 杨卫亚;郑经堂;谭树成;张艳姝;赵玉翠;;聚苯乙烯胶晶模板法制备三维有序大孔SiO_2材料[J];硅酸盐通报;2006年03期
3 陈杨;唐昭芳;祝雅娟;姚超;;反蛋白石结构三维有序大孔CeO_2的制备和性能[J];材料研究学报;2012年05期
4 黄昊文;;表面等离子体共振成像技术的进展与应用[J];化学传感器;2006年01期
5 丛海林,曹维孝;胶体晶体研究进展[J];化学通报;2005年02期
6 王宁,贾少辉,史岩眉,王洪恩,侯士峰,孙勤枢;离子化自组装膜表面二维胶体粒子晶格结构的形成[J];济宁医学院学报;2003年03期
7 王于栋;马波;杨卫亚;凌凤香;翁蕾;沈智奇;;具有介孔孔壁的三维有序大孔氧化铝的制备与表征[J];现代化工;2011年03期
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 沈哲红;聚合物/纳米SiO_2复合乳液构筑的光子晶体及结构研究[D];复旦大学;2011年
2 李勃;自组织亚微米有序结构及其光子带隙性质研究[D];清华大学;2004年
3 祝名伟;光子晶体用SiO_2/Ag/SiO_2核壳结构亚微米微球制备与性能研究及其自组装[D];浙江大学;2005年
4 谢荣国;光子晶体用结构基元的制备、自组装与性能[D];浙江大学;2006年
5 丛海林;胶体晶体,其薄膜的结构颜色及以其为模板的大孔材料[D];北京大学;2004年
6 张永哲;掺杂ZnO光学性质及染料敏化太阳能电池研究[D];兰州大学;2009年
7 刘玮洁;TiO_2基有序球/孔微纳结构的制备及光催化性能研究[D];吉林大学;2010年
8 张世玲;基于聚合物/SiO_2纳米复合乳液制备三维有序多孔材料[D];复旦大学;2010年
9 杨正文;光子带隙结构调制下发光体中的能量传递研究[D];清华大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 刘宝仓;三维有序孔道型纳米催化材料的可控制备、结构调控及催化性能研究[D];内蒙古大学;2011年
2 丁观军;SiO_2/Ag/SiO_2核壳结构亚微米微球制备及其密堆结构组装与性能研究[D];浙江大学;2006年
3 武丽慧;染料敏化太阳能电池光阳极的制备及其性能研究[D];兰州大学;2008年
4 曹众;三维有序大孔材料YSZ和CGO的制备与表征[D];哈尔滨工业大学;2007年
5 王敏华;金纳米结构液/液界面自组装及其光学性质研究[D];湖南大学;2010年
6 谷瑞雪;大孔型Ni基催化剂用于乙醇水蒸气重整制氢反应的研究[D];天津大学;2012年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王茂章;新型炭材料的开发[J];化学进展;1992年01期
2 张勇;第三届青年炭素工作者会议暨第二届海峡两岸炭材料研讨会在大连召开[J];炭素技术;2001年05期
3 ;海峡两岸第三届炭材料会议简介[J];炭素;2004年04期
4 杨卫亚;沈智奇;凌凤香;孙万付;;高比表面积三维有序大孔炭材料的合成与表征[J];化工进展;2010年01期
5 大谷杉郎 ,汪立;对新型炭的期望[J];新型炭材料;1990年02期
6 芦时林;Rand教授和利兹大学炭材料研究简介[J];新型炭材料;2000年01期
7 张伟刚;K.J.Hüttinger教授和他的研究活动[J];新型炭材料;2003年02期
8 传秀云,秦永,崔荣国;炭石墨材料的生物机械性能和骨固定材料[J];炭素技术;2004年05期
9 ;《新型炭材料》第19卷总目次[J];新型炭材料;2004年04期
10 ;第七届海峡两岸新型炭材料学术研讨会第一轮通知[J];新型炭材料;2008年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 高洪才;陈吉平;倪余文;张海军;;CuO催化六氯苯合成PCDD/F的研究[A];持久性有机污染物论坛2009暨第四届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集[C];2009年
2 王爱琴;张涛;;介孔炭材料的合成以及在新能源领域的应用探索[A];第十五届全国分子筛学术大会论文集[C];2009年
3 孟阿兰;张李娜;邱燕燕;李镇江;;静电纺丝法制备β-SiC/SiO_2纤维及其光致发光性能研究[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第一卷)[C];2011年
4 刘慧渊;黄继华;;工艺参数对反应火焰喷涂TiC/Fe复合涂层组织结构的影响[A];第十一次全国焊接会议论文集(第1册)[C];2005年
5 叶位彬;黄光周;朱建明;戴晋福;;原子层沉积高k介质膜的新进展[A];真空冶金与表面工程——第八届真空冶金与表面工程学术会议论文集[C];2007年
6 叶位彬;黄光周;朱建明;戴晋福;;原子层沉积高k介质膜的新进展[A];第八届全国真空冶金与表面工程学术会议论文摘要集[C];2007年
7 刘均波;王立梅;刘均海;;前驱体碳化复合等离子熔覆原位合成高铬铁基涂层高温抗氧化性[A];2007年全国失效分析学术会议论文集[C];2007年
8 李进军;牟真;田华;段明华;郝郑平;;含高分散金属氧化物纳米颗粒的介孔复合粘土催化剂的合成[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(下)[C];2007年
9 刘均波;王立梅;刘均海;;前驱体碳化复合等离子熔覆原位合成高铬铁基涂层高温抗氧化性[A];2007年中国机械工程学会年会论文集[C];2007年
10 张玲玲;刘连军;董丽辉;刘斌;高飞;董林;;不同前驱体制备CuO-Co_xO_y/γ-Al_2O_3催化剂在“NO+CO”中的反应性能研究[A];第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 何莉;西南石油大学物探人才培养基地挂牌[N];中国石油报;2007年
2 屈金星;石油大学喜庆50华诞[N];中国矿业报;2003年
3 文永红;中国石油大学(北京)积极引导就业[N];中国矿业报;2005年
4 常斐;春华秋实 岁月如歌[N];中国石油报;2003年
5 记者 周文斌 通讯员 梁喜书;石油大学(北京)抗非典取得阶段性成果[N];光明日报;2003年
6 孙兴文;中国石油大学科研工作实现跨越[N];中国石油报;2007年
7 记者 赵凤华;三大石油巨头首次聚首中国石油大学选人才[N];科技日报;2005年
8 记者 李程 实习记者 董宁宁;管道局与西南石油大学签订合作协议[N];石油管道报;2011年
9 本报记者 赵笛;中石油天然气与石油大学深度合作[N];青岛日报;2005年
10 记者  黄蔚 通讯员  文永红;到基层去寻找事业大舞台[N];中国教育报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李石;三维有序大孔材料的制备、表征与应用性研究[D];中国石油大学;2009年
2 刘淑霞;薄膜及其它固相介质中金属纳米粒子的原位合成及性能研究[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2007年
3 李永峰;煤基纳米和微米炭材料的电弧法制备研究[D];大连理工大学;2004年
4 邢丽;新型金属/炭材料的合成、表征及催化加氢性能[D];大连理工大学;2007年
5 郭华军;锂离子电池炭负极材料的制备与性能及应用研究[D];中南大学;2001年
6 张国杰;炭材料催化二氧化碳重整甲烷制合成气[D];太原理工大学;2012年
7 林起浪;炭材料用基体前驱体煤沥青的改性研究[D];西北工业大学;2002年
8 王妹先;中间相沥青基泡沫炭的制备及性能研究[D];天津大学;2008年
9 李建权;SiBON材料制备技术及反应机理研究[D];山东大学;2012年
10 常丽萍;煤热解、气化过程中含氮化合物的生成与释放研究[D];太原理工大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙波;伯胺盐酸盐模板法合成炭材料及其表征与应用[D];大连理工大学;2010年
2 宋怀兵;纳米金属/炭复合材料的制备及表征[D];南京理工大学;2007年
3 韩鹰鹏;炭材料在听力重建术中的临床应用及疗效分析[D];延边大学;2004年
4 蔡金超;磁性锰铁过渡金属氧化物的合成、表征及其前驱体热过程动力学研究[D];广西大学;2012年
5 宋士华;炭材料用基体前驱体煤沥青改性的研究[D];西北工业大学;2002年
6 梁伟;合成碳酸二甲酯催化剂的研究[D];中国石油大学;2007年
7 曹月斌;镍基催化剂的苯加氢性能研究[D];中国石油大学;2007年
8 林爽;低温前驱体裂解法合成碳化硼粉体的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 谢钢;单分子前驱体水热溶剂热合成硫族纳米材料[D];西北大学;2003年
10 张伟;中间相沥青及其泡沫炭的制备研究[D];天津大学;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026