纳米铸造技术nanocasting

1、大 连 化 学 物 理 研 究 所 一 队纳米铸造 （nanocasting)大 连 化 学 物 理 研 究 所 一 队纳米铸造纳米铸造 (nano-casting) 在纳米的范围内，选用一种具有特殊孔隙结构的材料作为模板，向其孔隙中引入目标材料的前躯体并使其在该模板的孔隙中发生反应，利用模板材料的纳米限域作用，使前躯体在经过物理或化学反应后，最终得到微观和宏观结构可控的新型材料的一种方法。 纳米铸造（模板法）按照所用模板不同，可划分为软模板法和硬模板法两大类。1 A.-H. Lu, F. Schth, Adv. Mater. 2006, 18, 1793180522肖义肖义. .多孔碳材料的

2、制备、表征及在光催化中的应用研究多孔碳材料的制备、表征及在光催化中的应用研究D.D.辽宁：辽宁师范大学，辽宁：辽宁师范大学，20082008大 连 化 学 物 理 研 究 所 一 队软 模 板 法 (soft一templating） 所谓“软”模板法是指所用的模板剂结构相对较软，主要是指有机分子或超分子，如表面活性剂或者生物大分子等。一般而言，软模板剂与构成多孔骨架的物种（前体）之间要有较强的相互作用，从而使模板剂能与前体自组装形成多种多样、结构均一的有机-无机或有机-有机复合结构，再通过一定的办法除去模板剂后，得到多孔材料。 软模板法又可分水相合成法和溶剂挥发诱导自组装法。大 连 化 学 物

3、 理 研 究 所 一 队水相合成法模板剂溶解在水中，调节 溶液至恰当的PH值加入前体进行溶液化学 反应，经历溶胶-凝胶过 程获得沉淀调节到适当温度，老化、 陈化处理过滤，洗涤，干燥采用焙烧、萃取、辐照、 微波消解等手段，除去模 板剂3 D.Grosso,G.Soler-Illia,F.Babonneau ect al. Adv. Mater. 2001,13,1085-108944张任远功能性介孔材料的合成及其在催化中的应用张任远功能性介孔材料的合成及其在催化中的应用DD上海：复旦大学，上海：复旦大学，20102010大 连 化 学 物 理 研 究 所 一 队溶剂挥发诱导自组装5 D. Gro

4、sso, F. Cagnol , G. Soler-Illia ect al, Adv.Funct.Mater. 2004,14,309-322 大 连 化 学 物 理 研 究 所 一 队硬 模 板 法 (soft一templating） 硬模板法是使用预先制备好的多孔材料或纳米晶作为模板，通过在原模板主体空隙中填充客体前驱物，经原位转化而获得反相复制结构的一种方法。由于硬模板提供了真正意义上的刚性的结构框架，具有良好的机械性能，可以进行精确的结构复制。大 连 化 学 物 理 研 究 所 一 队硬模板法机理put clay ontoWood templatebakeunder airremov

5、etemplatetemplatecompositeporous carbonInfiltrate precursor9 J. Lee, S. Han, T. Hyeon, Adv. Mater. 2006, 18, 20732094大 连 化 学 物 理 研 究 所 一 队模板剂的选择可控的形貌和结构。为了实现对制备材料形貌和结构上的 控制，要求模板剂本身合成时形貌结构要可控，现在最常 用的结构可控模板是有序介孔硅模板剂，根据需求它可以 制成面条状、管状、球状、棒状或者丝状。除模板过程要简单，并尽可能的使模板去除完全，且不能 影响到目标产物的结构。现在常用的方法是用某些试剂溶 解、腐蚀模板，

6、或者直接让模板剂燃烧除去。大 连 化 学 物 理 研 究 所 一 队常用模板剂硅基介孔材料（如：SBA系、MCM系、MSU系等）碳基介孔材料（如：CMK系等）多孔金属氧化物（如：多孔氧化铝等）天然沸石蛋白质生物体10 A. Stein, Z. Wang, M. A. Fierke. Adv. Mater. 2009, 21, 265293前体的选择大 连 化 学 物 理 研 究 所 一 队前躯体要容易导入(通常通过渗透)到模板的空隙中， 所以前躯体通常为气体、液体或者是溶解度很大的 固体，从而使前躯体可以对模板进行充分的填充。前躯体要比较容易转变为目标产物，且在转变的过 程中结构不能有太大的收

7、缩。前躯体不能与模板剂进行化学反应。大 连 化 学 物 理 研 究 所 一 队常用前体制备多孔碳或多孔掺杂碳 酚醛树脂、中间相沥青、聚丙烯腈、糠醇、蔗糖、葡萄糖、木糖、乙烯、乙炔、丙烯、苯等。制备多孔的金属氧化物或金属 金属的硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、卤盐等。大 连 化 学 物 理 研 究 所 一 队制备实例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 ,搅拌1h后冷却到室温d) 在管式炉中，N2气氛下，加热到120oC(10oC/h),恒温1he) 将温度升到700oC (10oC/h),恒温20min后停止加热

8、，冷却到室温f) 加入用丙酮稀释的HF (4850 wt%)，剧烈搅拌1hg) 过滤得P-N结构材料，用丙酮反复冲洗，干燥11 P. Mohanty , K. Landskron, J. Mater. Chem. 2009, 19, 24002406大 连 化 学 物 理 研 究 所 一 队小小 结结软模板法动态模板结构可调前体必须可溶结构难预测硬模板法刚性模板精确复制模受模板限制结构调节困难大连化物所大连化物所ThankThank大连化物所大连化物所ThankThank大大化化连连物物所所you大 连 化 学 物 理 研 究 所 一 队软模板法主要机理液晶模板机理协同作用机理棒状胶束机理层折叠机理层褶皱机理电荷匹配机理大 连 化 学 物 理 研 究 所 一 队液晶模板机理表面活性剂的液晶相在加入无机反应物之前形成表面活性剂的液晶相在加入无机反应物之后形成6 C.T.Kresge, M.E.Leonowicz, W.J.Roth ect al. Nature.1992,359,710-712协同作用机理 a)多聚的硅酸盐阴离子与表面活性剂阳 离子发生相互作用。b&c)在界面区域的硅酸根聚合改变了无机 层的电荷密度，使得表面活性剂的疏 水链相互接近，无机物种和有机物种 之间的电荷匹配控制表面活性剂的排 列方式。 d)胶束加速无