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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
球形有序納米雙孔材料的組裝
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
人們模仿生物礦物過(guò)程，采用生物有機(jī)體的模板機(jī)制，對(duì)無(wú)機(jī)礦物進(jìn)行形貌復(fù)制，如通過(guò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑模板可以人工合成各種形貌的無(wú)機(jī)多孔材料。本作品是一種納米級(jí)別的具有雙孔結(jié)構(gòu)的氧化硅，大孔孔徑為90nm左右，小孔孔徑為13nm左右，并且大孔是在三維方向上有序排列，小孔在大孔間的孔壁上進(jìn)行密堆積，整體上形成一種三維有序球形雙孔氧化硅的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種有序雙納米孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可作為載體，負(fù)載具有特定尺度的各種活性納米粒子，構(gòu)成高效催化劑，同時(shí)這種有序雙納米孔網(wǎng)也可在某些特定尺度的大分子物質(zhì)的吸附、分離和催化過(guò)程中具有應(yīng)用價(jià)值。
詳細(xì)介紹：
本作品采用密堆積的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膠體晶體為模板，在PMMA微球有序排列的膠體晶體縫隙中，充填兩親嵌段共聚物(聚乙烯合丁烯－嵌－聚氧乙烯，PHB-PEO) 和正硅酸乙酯(TEOS) 的醇－水體系混合物，借助PHB-PEO特有的兩親模板性質(zhì)及與硅物種的協(xié)同自組裝作用，在PMMA膠體晶體微球的縫隙中，形成具有有序膠團(tuán)排列的有機(jī)、無(wú)機(jī)孔壁結(jié)構(gòu)，通過(guò)后續(xù)焙燒處理，可形成一種有序的雙孔結(jié)構(gòu)。透射電子顯微鏡(TEM)結(jié)果證實(shí)所合成的樣品為有序球形雙孔共存，球形大孔的孔徑在90nm左右，并在三維方向上有序延伸排列，孔壁由13nm左右的球形小孔密堆積組成，并環(huán)繞大球形孔分布，整體上形成一種三維有序球形雙孔氧化硅的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種有序球形雙孔結(jié)構(gòu)相比于單一的介孔結(jié)構(gòu)其優(yōu)異性在于既可利用大孔通道增強(qiáng)大分子在孔道中的輸送性能，又可利用在大孔壁上的介孔結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出相應(yīng)的吸附和催化性能。

作品圖片

  • 球形有序納米雙孔材料的組裝
  • 球形有序納米雙孔材料的組裝

作品專(zhuān)業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

通過(guò)一種雙有機(jī)模板機(jī)制(聚合物微球與二嵌段共聚物)，復(fù)制出一種具有有序球形納米雙孔分布的氧化硅材料。與一般的雙孔結(jié)構(gòu)體系不同，這種球形雙納米孔結(jié)構(gòu)的大孔孔徑小于100 nm，小孔孔徑在13 nm左右，且兩種孔均為有序的球形孔。這種雙納米孔材料既有通暢的孔道結(jié)構(gòu)又具有相應(yīng)的吸附性能，可用于一些特定尺度大分子的吸附和分離過(guò)程，也可作為一些活性納米粒子的載體。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

納米多孔材料是當(dāng)前材料化學(xué)研究的熱點(diǎn)。目前報(bào)道的介孔-大孔雙孔體系中，介孔一般為2~3 nm，大孔多數(shù)在300 nm以上。本文采用一種可控尺度的密堆積的膠體晶體微球?yàn)槟０澹瑯?gòu)筑一種90 nm的大孔，并采用兩親嵌段共聚物為模板來(lái)構(gòu)筑大孔孔壁上的介孔（13 nm），并致力于合成出具有納米孔徑(均處于100 nm以下)、雙球形孔形態(tài)分布的特殊結(jié)構(gòu)。這種特殊尺度分布的雙納米孔結(jié)構(gòu)到目前為止未見(jiàn)報(bào)道。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

雙納米孔材料既有通暢的孔道結(jié)構(gòu)又具有高吸附性能，可用于一些吸附分離過(guò)程，尤其是大分子復(fù)雜體系的分離過(guò)程，如在污水處理等方面將具有顯著的效能，因此這種新材料將具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。這種有序雙納米孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也可作為載體，負(fù)載具有特定尺度的各種活性納米粒子，構(gòu)成高效催化劑，同時(shí)，這種由聚合物微球模板和嵌段共聚物模板同時(shí)組裝的體系將對(duì)雙孔材料的構(gòu)筑及本學(xué)科的理論研究具有重要意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

以密堆積的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膠體晶體為模板，采用兩親嵌段共聚物(聚乙烯合丁烯－嵌－聚氧乙烯，PHB-PEO)與正硅酸乙酯(TEOS)的協(xié)同自組裝過(guò)程，合成了一種有序的雙孔結(jié)構(gòu)氧化硅材料。用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和N2吸附-脫附實(shí)驗(yàn)等技術(shù)對(duì)樣品進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，所制備的樣品呈現(xiàn)一種由90nm左右的大球形孔在三維方向上有序排列和其孔壁由13nm左右的有序小球形孔密堆積組成的球形有序雙孔氧化硅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

獲獎(jiǎng)情況

1.在學(xué)校第五屆學(xué)生科技節(jié)暨第十六屆學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技競(jìng)賽作品中獲一等獎(jiǎng)； 2.在第五屆云南高校青年學(xué)術(shù)科技節(jié)上獲得一等獎(jiǎng)（見(jiàn)附件）

鑒定結(jié)果

參考文獻(xiàn)

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同類(lèi)課題研究水平概述

人們模仿生物礦物過(guò)程，采用生物有機(jī)體的模板機(jī)制，對(duì)無(wú)機(jī)礦物進(jìn)行形貌復(fù)制，如通過(guò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑模板可以人工合成各種形貌的無(wú)機(jī)多孔材料。其中以兩親表面活性劑分子模板或或嵌段共聚物模板的自組裝體系構(gòu)筑的介孔材料研究已取得重大進(jìn)展。介孔材料由于有序的孔道排列、均勻的孔徑分布和較高的比表面積，已在催化、吸附、分離和微型電子材料等方面體現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，以提高介孔功能特性的多級(jí)孔材料的開(kāi)發(fā)引起了人們的重視，如同時(shí)含有介孔和大孔的雙孔結(jié)構(gòu)材料相比于單一的介孔可以既可利用大孔通道增強(qiáng)大分子在孔道中的輸送性能，又可利用在大孔壁上的介孔結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附和催化性能。雙孔結(jié)構(gòu)材料一般采用雙模板來(lái)制備。目前已有一些介孔-大孔雙孔體系的合成報(bào)道。然而，介孔孔徑多數(shù)在2~3 nm，大孔孔徑在200~300 nm以上。本文采用一種密堆積的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膠體晶體為模板來(lái)構(gòu)筑一種小于100 nm的大孔，并采用兩親嵌段共聚物(聚乙烯合丁烯－嵌－聚氧乙烯，PHB-PEO)為模板來(lái)構(gòu)筑大孔孔壁上的介孔，并致力于合成出具有球形雙孔形態(tài)分布的特殊結(jié)構(gòu)。
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