納米鑄造技術(shù)nanocasting

1、大 連 化 學(xué) 物 理 研 究 所 一 隊(duì)納米鑄造 （nanocasting)大 連 化 學(xué) 物 理 研 究 所 一 隊(duì)納米鑄造納米鑄造 (nano-casting) 在納米的范圍內(nèi)，選用一種具有特殊孔隙結(jié)構(gòu)的材料作為模板，向其孔隙中引入目標(biāo)材料的前軀體并使其在該模板的孔隙中發(fā)生反應(yīng)，利用模板材料的納米限域作用，使前軀體在經(jīng)過物理或化學(xué)反應(yīng)后，最終得到微觀和宏觀結(jié)構(gòu)可控的新型材料的一種方法。 納米鑄造（模板法）按照所用模板不同，可劃分為軟模板法和硬模板法兩大類。1 A.-H. Lu, F. Schth, Adv. Mater. 2006, 18, 1793180522肖義肖義. .多孔碳材料的

2、制備、表征及在光催化中的應(yīng)用研究多孔碳材料的制備、表征及在光催化中的應(yīng)用研究D.D.遼寧：遼寧師范大學(xué)，遼寧：遼寧師范大學(xué)，20082008大 連 化 學(xué) 物 理 研 究 所 一 隊(duì)軟 模 板 法 (soft一templating） 所謂“軟”模板法是指所用的模板劑結(jié)構(gòu)相對(duì)較軟，主要是指有機(jī)分子或超分子，如表面活性劑或者生物大分子等。一般而言，軟模板劑與構(gòu)成多孔骨架的物種（前體）之間要有較強(qiáng)的相互作用，從而使模板劑能與前體自組裝形成多種多樣、結(jié)構(gòu)均一的有機(jī)-無機(jī)或有機(jī)-有機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)，再通過一定的辦法除去模板劑后，得到多孔材料。 軟模板法又可分水相合成法和溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝法。大 連 化 學(xué) 物

3、 理 研 究 所 一 隊(duì)水相合成法模板劑溶解在水中，調(diào)節(jié) 溶液至恰當(dāng)?shù)腜H值加入前體進(jìn)行溶液化學(xué) 反應(yīng)，經(jīng)歷溶膠-凝膠過 程獲得沉淀調(diào)節(jié)到適當(dāng)溫度，老化、 陳化處理過濾，洗滌，干燥采用焙燒、萃取、輻照、 微波消解等手段，除去模 板劑3 D.Grosso,G.Soler-Illia,F.Babonneau ect al. Adv. Mater. 2001,13,1085-108944張任遠(yuǎn)功能性介孔材料的合成及其在催化中的應(yīng)用張任遠(yuǎn)功能性介孔材料的合成及其在催化中的應(yīng)用DD上海：復(fù)旦大學(xué)，上海：復(fù)旦大學(xué)，20102010大 連 化 學(xué) 物 理 研 究 所 一 隊(duì)溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝5 D. Gro

4、sso, F. Cagnol , G. Soler-Illia ect al, Adv.Funct.Mater. 2004,14,309-322 大 連 化 學(xué) 物 理 研 究 所 一 隊(duì)硬 模 板 法 (soft一templating） 硬模板法是使用預(yù)先制備好的多孔材料或納米晶作為模板，通過在原模板主體空隙中填充客體前驅(qū)物，經(jīng)原位轉(zhuǎn)化而獲得反相復(fù)制結(jié)構(gòu)的一種方法。由于硬模板提供了真正意義上的剛性的結(jié)構(gòu)框架，具有良好的機(jī)械性能，可以進(jìn)行精確的結(jié)構(gòu)復(fù)制。大 連 化 學(xué) 物 理 研 究 所 一 隊(duì)硬模板法機(jī)理put clay ontoWood templatebakeunder airremov

5、etemplatetemplatecompositeporous carbonInfiltrate precursor9 J. Lee, S. Han, T. Hyeon, Adv. Mater. 2006, 18, 20732094大 連 化 學(xué) 物 理 研 究 所 一 隊(duì)模板劑的選擇可控的形貌和結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)制備材料形貌和結(jié)構(gòu)上的 控制，要求模板劑本身合成時(shí)形貌結(jié)構(gòu)要可控，現(xiàn)在最常 用的結(jié)構(gòu)可控模板是有序介孔硅模板劑，根據(jù)需求它可以 制成面條狀、管狀、球狀、棒狀或者絲狀。除模板過程要簡(jiǎn)單，并盡可能的使模板去除完全，且不能 影響到目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在常用的方法是用某些試劑溶 解、腐蝕模板，

6、或者直接讓模板劑燃燒除去。大 連 化 學(xué) 物 理 研 究 所 一 隊(duì)常用模板劑硅基介孔材料（如：SBA系、MCM系、MSU系等）碳基介孔材料（如：CMK系等）多孔金屬氧化物（如：多孔氧化鋁等）天然沸石蛋白質(zhì)生物體10 A. Stein, Z. Wang, M. A. Fierke. Adv. Mater. 2009, 21, 265293前體的選擇大 連 化 學(xué) 物 理 研 究 所 一 隊(duì)前軀體要容易導(dǎo)入(通常通過滲透)到模板的空隙中， 所以前軀體通常為氣體、液體或者是溶解度很大的 固體，從而使前軀體可以對(duì)模板進(jìn)行充分的填充。前軀體要比較容易轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)產(chǎn)物，且在轉(zhuǎn)變的過 程中結(jié)構(gòu)不能有太大的收

7、縮。前軀體不能與模板劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。大 連 化 學(xué) 物 理 研 究 所 一 隊(duì)常用前體制備多孔碳或多孔摻雜碳 酚醛樹脂、中間相瀝青、聚丙烯腈、糠醇、蔗糖、葡萄糖、木糖、乙烯、乙炔、丙烯、苯等。制備多孔的金屬氧化物或金屬 金屬的硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、鹵鹽等。大 連 化 學(xué) 物 理 研 究 所 一 隊(duì)制備實(shí)例a) SBA-15 在150oC下真空干燥12hb) 取3 g (PNCl2)3在120oC下融化c) 加入1g SBA-15 ,攪拌1h后冷卻到室溫d) 在管式爐中，N2氣氛下，加熱到120oC(10oC/h),恒溫1he) 將溫度升到700oC (10oC/h),恒溫20min后停止加熱

8、，冷卻到室溫f) 加入用丙酮稀釋的HF (4850 wt%)，劇烈攪拌1hg) 過濾得P-N結(jié)構(gòu)材料，用丙酮反復(fù)沖洗，干燥11 P. Mohanty , K. Landskron, J. Mater. Chem. 2009, 19, 24002406大 連 化 學(xué) 物 理 研 究 所 一 隊(duì)小小 結(jié)結(jié)軟模板法動(dòng)態(tài)模板結(jié)構(gòu)可調(diào)前體必須可溶結(jié)構(gòu)難預(yù)測(cè)硬模板法剛性模板精確復(fù)制模受模板限制結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)困難大連化物所大連化物所ThankThank大連化物所大連化物所ThankThank大大化化連連物物所所you大 連 化 學(xué) 物 理 研 究 所 一 隊(duì)軟模板法主要機(jī)理液晶模板機(jī)理協(xié)同作用機(jī)理棒狀膠束機(jī)理層折疊機(jī)理層褶皺機(jī)理電荷匹配機(jī)理大 連 化 學(xué) 物 理 研 究 所 一 隊(duì)液晶模板機(jī)理表面活性劑的液晶相在加入無機(jī)反應(yīng)物之前形成表面活性劑的液晶相在加入無機(jī)反應(yīng)物之后形成6 C.T.Kresge, M.E.Leonowicz, W.J.Roth ect al. Nature.1992,359,710-712協(xié)同作用機(jī)理 a)多聚的硅酸鹽陰離子與表面活性劑陽 離子發(fā)生相互作用。b&c)在界面區(qū)域的硅酸根聚合改變了無機(jī) 層的電荷密度，使得表面活性劑的疏 水鏈相互接近，無機(jī)物種和有機(jī)物種 之間的電荷匹配控制表面活性劑的排 列方式。 d)膠束加速無