Hierarchinės porėtos anglies medžiagos: sintezė ir įvadas

Hierarchinisporėtos medžiagos, turinčios kelių lygių porų struktūras – makroporas (skersmuo > 50 nm), mezoporas (2–50 nm) ir mikroporas (<2 nm) – pasižymi dideliu specifiniu paviršiaus plotu, dideliu porų tūrio santykiu, padidintu pralaidumu, mažomis masės perdavimo charakteristikomis. ir didelės saugojimo talpos. Dėl šių savybių jie plačiai naudojami įvairiose srityse, įskaitant katalizę, adsorbciją, atskyrimą, energetiką ir gyvosios gamtos mokslus, o tai rodo geresnes savybes, palyginti su paprastesnėmis poringomis medžiagomis.

Įkvėpimo semtis iš gamtos

Daugelis hierarchinių akytų medžiagų dizaino įkvėpti natūralių struktūrų. Šios medžiagos gali pagerinti masės perdavimą, įgalinti selektyvų prasiskverbimą, sukurti reikšmingą hidrofilinę-hidrofobinę aplinką ir moduliuoti medžiagų optines savybes.

Hierarchinės sintezės strategijosPorėtos medžiagos

1. Paviršinio aktyvumo medžiagų šablono metodas

Kaip galime panaudoti paviršinio aktyvumo medžiagas, kad sudarytume hierarchines mezoporines medžiagas? Dviejų skirtingų molekulinių dydžių paviršinio aktyvumo medžiagų naudojimas šablonams yra nesudėtinga strategija. Paviršinio aktyvumo medžiagų savaime surinkti molekuliniai agregatai arba supramolekuliniai mazgai buvo naudojami kaip struktūrą nukreipiančios medžiagos kuriant porėtas struktūras. Kruopščiai kontroliuojant fazių atskyrimą, hierarchines porų struktūras galima susintetinti naudojant dvigubą paviršinio aktyvumo medžiagų šabloną.

Praskiestuose paviršinio aktyvumo medžiagų vandeniniuose tirpaluose sumažinus angliavandenilių grandinės kontaktą su vandeniu, sumažėja sistemos laisvoji energija. Paviršinio aktyvumo medžiagos galinių grupių hidrofiliškumas lemia daugelio paviršinio aktyvumo medžiagų molekulių suformuotų agregatų tipą, dydį ir kitas charakteristikas. Paviršinio aktyvumo medžiagų vandeninių tirpalų CMC yra susijęs su paviršinio aktyvumo medžiagos chemine struktūra, temperatūra ir (arba) sistemoje naudojamais pagalbiniais tirpikliais.

Bimodaliniai mezoporiniai silikageliai ruošiami naudojant tirpalus, kuriuose yra blokinių kopolimerų (KLE, SE arba F127) ir mažesnių aktyviųjų paviršiaus medžiagų (IL, CTAB arba P123).

2. Replikacijos metodas

Koks yra klasikinis požiūris į sintezęporėtos anglies medžiagos? Bendra akytos anglies šablonų replikacijos procedūra apima anglies pirmtako / neorganinio šablono kompozito paruošimą, karbonizaciją ir vėlesnį neorganinio šablono pašalinimą. Šį metodą galima suskirstyti į dvi kategorijas. Pirmoji kategorija apima neorganinių šablonų, tokių kaip silicio dioksido nanodalelės, įterpimą į anglies pirmtaką. Po karbonizacijos ir šablono pašalinimo susidariusios porėtos anglies medžiagos išskyrė poras, kurias iš pradžių užėmė šablono rūšys. Antrasis metodas įveda anglies pirmtaką į šablono poras. Poringos anglies medžiagos, susidarančios po karbonizacijos ir šablono pašalinimo, turi tarpusavyje sujungtas porų struktūras.

3. Sol-Gel metodas

Kaip sol-gelio metodas naudojamas hierarchinėms porėtoms medžiagoms sintetinti? Jis prasideda nuo koloidinių dalelių suspensijos (zolio) susidarymo, po to susidaro gelis, sudarytas iš agreguotų zolio dalelių. Termiškai apdorojant gelį gaunama norima medžiaga ir morfologija, pvz., milteliai, pluoštai, plėvelės ir monolitai. Pirmtakai paprastai yra metalų organiniai junginiai, tokie kaip alkoksidai, chelatiniai alkoksidai arba metalų druskos, pvz., metalų chloridai, sulfatai ir nitratai. Pradinė alkoksidų hidrolizė arba suderintų vandens molekulių deprotonavimas sukelia reaktyvių hidroksilo grupių susidarymą, kurios vėliau kondensuojasi ir susidaro šakotieji oligomerai, polimerai, branduoliai su metalo oksido karkasu ir reaktyvios liekamosios hidroksilo ir alkoksido grupės.

4. Pogydymo metodas

Kokie tolesnio apdorojimo metodai naudojami ruošiant hierarchines akytas medžiagas, įvedant antrines poras? Šie metodai paprastai skirstomi į tris kategorijas. Pirmoji kategorija apima papildomą skiepijimąporėtos medžiagosant originalios porėtos medžiagos. Antrasis apima pradinės porėtos medžiagos cheminį ėsdinimą arba išplovimą, siekiant gauti papildomų porų. Trečiasis apima poringų medžiagų (dažniausiai nanodalelių) pirmtakų surinkimą arba išdėstymą naudojant cheminius arba fizinius metodus (pvz., daugiasluoksnį nusodinimą ir rašalinį spausdinimą), kad būtų sukurtos naujos poros. Reikšmingi papildomo apdorojimo pranašumai yra šie: (i) galimybė sukurti įvairias funkcijas, atitinkančias skirtingus reikalavimus; ii) gebėjimas gauti įvairių struktūrų, skirtų organizuotiems modeliams ir morfologijoms kurti; (iii) galimybė derinti įvairių tipų poras, kad būtų išplėstos norimos programos.

5. Emulsijos šablonų metodas

Kaip reguliuojant alyvos fazę arba vandens fazę emulsijoje gali susidaryti hierarchinės struktūros, kurių porų dydis svyruoja nuo nanometrų iki mikrometrų? Pirmtakai sukietėja aplink lašelius, o tada tirpikliai pašalinami išgaruojant, todėl susidaro porėtos medžiagos. Daugeliu atvejų vanduo yra vienas iš tirpiklių. Emulsijos gali būti sudarytos disperguojant vandens lašelius alyvos fazėje, vadinamomis „vanduo aliejuje (W/O) emulsijomis“, arba disperguojant aliejaus lašelius vandenyje, žinomas kaip „aliejus vandenyje (O/W). emulsijos“.

Gaminant porėtus polimerus su hidrofiliniais paviršiais, W/O emulsijos plačiai naudojamos jų hidrofobinėms porėtoms struktūroms koreguoti. Siekiant padidinti hidrofiliškumą, į emulsijoje esančius nefunkcionalizuojamus monomerus (pvz., stireną) dedama funkcionalizuojamų kopolimerų (pvz., vinilo benzilo chlorido). Koreguojant lašelių dydžius, hierarchinisporėtos medžiagosgali būti gaunami tarpusavyje sujungtų poringumo ir ištisinio porų skersmens.

6. Ceolito sintezės metodas

Kaip ceolito sintezės strategijos kartu su kitomis sintezės strategijomis gali generuoti hierarchines akytas medžiagas? Peraugimo strategijos, pagrįstos fazių atskyrimo kontrole ceolito sintezės metu, gali būti naudojamos norint gauti bimikroporinius ceolitus su hierarchine šerdies / apvalkalo struktūra, kuriuos galima suskirstyti į tris tipus. Pirmasis tipas apima peraugimą per izomorfines šerdis (pvz., ZSM-5 / silicalite-1), kur šerdies kristalai veikia kaip struktūrą nukreipiantys agentai. Antrasis tipas yra epitaksinis augimas, pavyzdžiui, ceolito LTA/FAU tipai, apimantys tuos pačius pastato vienetus su skirtingu erdviniu išdėstymu. Taikant šį metodą, dėl selektyvaus ceolito sluoksnių peraugimo, dengimas gali būti atliekamas tik tam tikruose konkrečiuose kristalų paviršiuose. Trečiasis tipas yra skirtingų ceolitų, tokių kaip FAU/MAZ, BEA/PFI ir PFI/AFI tipai, peraugimas. Šie ceolitai yra visiškai sudaryti iš skirtingų ceolitų struktūrų, todėl jiems būdingos skirtingos cheminės ir struktūrinės savybės.

7. Koloidinio kristalo šablono metodas

Kaip koloidinių kristalų šablonų metodas, palyginti su kitais metodais, gamina medžiagas su tvarkingomis, periodiškomis porų struktūromis didesniame dydžių diapazone? Akytumas, sukurtas naudojant šį metodą, yra tiesioginė vienodų koloidinių dalelių, naudojamų kaip kietieji šablonai, periodinio masyvo kopija, todėl lengviau konstruoti hierarchinius dydžio lygius, palyginti su kitais šablonų metodais. Naudojant koloidinių kristalų šablonus, už surinktų koloidinių tuštumų galima gauti papildomo poringumo.

Iliustruojami pagrindiniai koloidinių kristalų modeliavimo etapai, įskaitant koloidinių kristalų šablonų formavimą, pirmtakų infiltraciją ir šablono pašalinimą. Paprastai galima sukurti ir paviršiaus, ir tūrio šablonų struktūras. Trimatės sutvarkytos makroporinės (3DOM) struktūros, sukurtos naudojant paviršiaus šablonus, turi tarpusavyje sujungtus „balionus“ ir statramsčius.

8. Biologinio šablono metodas

Kaip yra hierarchijaporėtos medžiagospagaminti naudojant biomimetines strategijas, kurios tiesiogiai atkartoja natūralias medžiagas arba spontaniškus surinkimo procesus? Abu metodai gali būti apibrėžti kaip biologiškai įkvėpti procesai.

Įvairios natūralios medžiagos su hierarchinėmis poringomis struktūromis gali būti tiesiogiai naudojamos kaip biologiniai šablonai dėl jų pigumo ir ekologiškumo. Tarp šių medžiagų buvo pranešta apie bakterijų siūlus, diatomito žvynelius, kiaušinių lukštų membranas, vabzdžių sparnus, žiedadulkių grūdus, augalų lapus, medienos celiuliozę, baltymų agregatus, vorų šilką, diatomus ir kitus organizmus.

9. Polimerinio šablono metodas

Kaip polimerines struktūras su makroporomis galima naudoti kaip šablonus gaminant hierarchines akytas medžiagas? Makroporiniai polimerai gali veikti kaip pastoliai, kurių aplink arba viduje vyksta cheminės reakcijos arba nanodalelių infiltracija, o tai lemia medžiagos morfologiją. Pašalinus polimerą, medžiaga išlaiko pradinio šablono struktūrines savybes.

10. Superkritinio skysčio metodas

Kaip galima susintetinti medžiagas, turinčias aiškiai apibrėžtą porėtą struktūrą, naudojant tik vandenį ir anglies dioksidą, nereikalaujant lakiųjų organinių tirpiklių, taip suteikiant plačias taikymo perspektyvas? Lašelių fazės pašalinimas yra nesudėtingas, nes sumažinus slėgį anglies dioksidas grįžta į dujinę būseną. Superkritiniai skysčiai, kurie nėra nei dujos, nei skysčiai, gali būti palaipsniui suspaudžiami nuo mažo iki didelio tankio. Todėl superkritiniai skysčiai yra labai svarbūs kaip derinami tirpikliai ir reakcijos terpė cheminiuose procesuose. Superkritinių skysčių technologija yra svarbus hierarchinių akytų medžiagų sintezės ir apdorojimo metodas.

Semicorex siūlo aukštos kokybėsgrafito tirpalaipuslaidininkiniams procesams. Jei turite kokių nors klausimų ar reikia papildomos informacijos, nedvejodami susisiekite su mumis.

Telefonas pasiteirauti # +86-13567891907

paštas: sales@semicorex.com