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介孔孔道中纳米材料的合成Seminar I张敏指导教师：程谟杰 研究员主要内容一、研究背景四、前景及展望二、合成方法及策略合成纳米粒子 合成纳米线 合成纳米管三、实际应用多孔材料微孔材料 (孔径50nm)沸石(如：ZSM-5、TS-1等)硅胶、MCM-41、SBA-15等珊瑚、蜂窝状独石有序介孔材料 MCM-41MCM-48SBA-15Sing KSW, Everett DH, et al., Pure & Appl. Chem.,1985,57(4):603-619研究背景介孔材料合成机理Beck JS et al. JACS, 1992,114:10834-108优点：合成的材料尺寸、形状、维数均一可调介孔材料孔径在一定范围内连续可调，结构稳定， 孔道形状规整均匀有序，是理想的纳米反应器Huo QS et al., Nature, 1994,368:317-321介孔孔道中纳米材料的合成方法一步合成法：在自组装合成介孔材料的过程中引入纳米材料的前驱体两步合成法：对介孔材料进行后处理（通过介孔孔道的吸附作用及孔道内表面的Si-OH进行）浸渍法原位还原法离子交换法电化学沉积法配位或共价嫁接气相嫁接法（如化学气相沉积(CVD)）等介孔孔道中纳米材料的合成策略前驱体介孔材料合成液 介孔材料合成液 +前驱体后处理无保护消除 介孔孔壁 或高温焙烧化学气 相沉积无氧条件 高温热解保护消除 介孔孔壁合成纳米粒子 纳米粒子特点1. 表面原子分布高，比表面积特别大 2. 分散度高3. 光学、电学、磁学及力学性能的改变催化应用常用的纳米粒子合成方法1. 固相法2. sol-gel法3. 微乳液法4. 气相法 （利用电弧，等离子体）1. 制备简单2. 纳米粒子尺寸均一可调3.特别适合大分子的多相 催化反应介孔孔道合成法优点：Li L et al., Adv. Mater., 2004,16(13):1079-1082纳米Pd的合成方法：原位还原法 特点：金属高度分散，减少了贵金属使用量应用于Heck偶联反应，Pd催化 剂的用量是普通Pd用量的1/5 Pd/SBA-15的HRTEM像Pd/SBA-15 的广角XRD图纳米Au的合成Asefa T, Lennox RB, Chem. Mater., 2005,17(10):2481-2483方法：Ag催化的非电化学沉积法 特点：合成高度分散的纳米Au应用：多相催化，光学，电学领域硫醇保护脱除SBA-15后的 纳米Au的TEM像不采用硫醇保护脱除SBA-15 后的纳米Au的TEM像合成纳米线纳米线特点1. 独特的光学、电学、磁学性能2. 空间的交联结构纳米光学器件纳米电子器件超高密度信息存储常用的纳米线合成方法1. 液相法 （如金属有机前驱体的热解）2. 气液固法 （利用激光烧蚀）3. 有机前驱体的自组装 （平板印刷术）制备具有 复杂网状结构连接的纳米线 仍然是巨大的挑战已知的介孔材料的孔道具有 六方、立方及虫孔状等多种结构In2O3纳米线的合成Yang HL et al., JACS, 2003,125:4724-4725方法：一步合成法 特点：形成高度规整的单晶氧化铟纳米线六方In2O3纳米线的TEM像[100]方向[001]方向[100]方向[111]方向[311]方向选区电子衍射（SAED）像立方In2O3纳米线的TEM像应用：紫外可见激光器， 检测器，气体传感器In2O3的广角XRD图体相In2O3In2O3纳米线UV-Vis吸收谱对比图CdSe纳米线的合成方法：电化学沉积法 特点：可以有效的复制介孔孔道，得到连续的、空间交联的纳米线Wang DH et al.，Angew. Chem. Int. Ed., 2004,43:6169–6173应用：半导体光电领域CdSe纳米线[111]面的TEM像及SAED像CdSe纳米线的HRTEM像不同直径的CdSe纳米线 的UV-Vis吸收谱介孔材料合成液 （手性模板剂） Co2+或Pt2+高温下氧气活化再H2还原手性结构的Co、Pt纳米线的合成Che SA et al., Nature, 2004,429:281-284潜在应用：生物传感器手性物质的分离病毒的杀灭等手性孔道中合成的Co纳米线TEM像手性孔道中合成的Pt纳米线TEM像计算机模拟图像Wu YY et al.,Nano Lett., 2004,4(12):2337-2342Temperaturecontrollerethylene合成纳米碳管纳米碳管的合成（一）Zheng F et Al., Nano Lett., 2002,2(7):729-732方法：CVD方法（介孔中担载的金属作为催化剂） 特点：易于控制纳米碳管的形貌、尺寸的均一性不同Fe担载量对CNT壁厚的影响介孔SiO2薄膜上 生长的CNTs的SEM像纳米碳管的合成（二）Urban M et al., Diamond and Related Materials, 2004,13: 1322–1326介孔材料合成液 无氧条件 高温热解方法：未除去表面活性剂的介孔材料直接热解法 特点：操作简单现状及展望 目前的局限：介孔材料的水热稳定较差，限制了这种方法的广泛 应用。

对介孔材料的合成机理及溶致液晶相的了解不够， 还不能得到任意孔道结构的介孔材料，限制了一些复杂 结构的纳米材料的合成神奇的纳米世界安装到芯片中的 纳米激光器半导体压电纳米环可用于制造原子探针的 新型纳米硅片“千纸鹤” （ZnO纳米线）1. 徐如人 庞文琴等，分子筛与多孔材料化学，科学出版社，2004 2. Sing KSW, Everett DH et al., Pure & Appl. Chem., 1985,57(4):603-619 3. Beck JS et al., JACS, 1992,114:10834-108 4. Huo QS et al. Nature, 1994,368:317-321 5. Asefa T, Lennox RB, Chem. Mater., 2005,17(10):2481-2483 6. Li L et al., Adv. Mater., 2004,16(13):1079-1082 7. Yang HL et al., JACS, 2003,125:4724-4725 8. Wang DH et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2004,43:6169–6173 9. Che SA et al., Nature, 2004,429:281-284 10. Wu YY et al., Nano Lette., 2004,4(12):2337-2342 11. Zheng F et Al., Nano Lette., 2002,2(7):729-732 12. Zhu J et al., Chem. Phy. Lette., 2003,380:496–502 13. Urban M et al., Diamond and Related Materials, 2004,13:1322–1326 14. Huang LM et al., Adv. Mater., 2002,14(1):61-64 15. Li N et al., Mater. Lette., 2005,59:925–928 16. Choi WC et al., Adv. Mater., 2005,17(4):446-451 17. Perez MD et al., Langmuir, 2004,20:6879-6886 18. Tura C et al., Chem. Mater., 2005,17:573-579 19. Zhao XG et al., J. Mater. Chem., 2003,13:399-403 20. Vhae WS et al., J. Phys. Chem. B, 2004,108:11509-11503 21. Zhao XG et al., Materials Letters, 2004,58:2152-2156 22. Wang XQ et al., Appl. Surf. Sci., 2005,243:151-157 23. Shi KY et al., J. Phys. Chem. B, 2005,109:2546-2551 24. Eliseev AA et al., Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2004,272–276: 1609–1611 25. Ramesh P et al., J. Phys. Chem. B, 2005,109:1141-1147 26. Zheng GF et al., Chem. Mater., 2001,13:2240-2242参考文献。