Bahan Karbon Berliang Hierarki: Sintesis dan Pengenalan

berhierarkibahan berliang, mempunyai struktur liang berbilang peringkat—makropori (diameter > 50 nm), mesopores (2-50 nm), dan mikropori (<2 nm)—mempamerkan kawasan permukaan khusus yang tinggi, nisbah isipadu liang tinggi, kebolehtelapan dipertingkatkan, ciri pemindahan jisim yang rendah , dan kapasiti penyimpanan yang besar. Atribut ini telah membawa kepada penggunaan meluasnya merentas pelbagai bidang, termasuk pemangkinan, penjerapan, pengasingan, tenaga dan sains hayat, mempamerkan prestasi unggul berbanding bahan berliang yang lebih ringkas.

Menggambar Inspirasi dari Alam Semulajadi

Banyak reka bentuk bahan berliang hierarki diilhamkan oleh struktur semula jadi. Bahan-bahan ini boleh meningkatkan pemindahan jisim, membolehkan resapan terpilih, mewujudkan persekitaran hidrofilik-hidrofobik yang ketara, dan memodulasi sifat optik bahan.

Strategi untuk Mensintesis HierarkiBahan Berliang

1. Kaedah Templat Surfaktan

Bagaimanakah kita boleh menggunakan surfaktan untuk membentuk bahan mesopous hierarki? Menggunakan dua surfaktan dengan saiz molekul berbeza sebagai templat ialah strategi yang mudah. Agregat molekul dipasang sendiri surfaktan atau himpunan supramolekul telah digunakan sebagai agen pengarah struktur untuk membina struktur berliang. Dengan mengawal pemisahan fasa dengan teliti, struktur liang hierarki boleh disintesis menggunakan templat dwi surfaktan.

Dalam larutan akueus surfaktan yang dicairkan, pengurangan hubungan rantai hidrokarbon dengan air mengurangkan tenaga bebas sistem. Hidrofilisiti kumpulan terminal surfaktan menentukan jenis, saiz, dan ciri-ciri lain agregat yang dibentuk oleh banyak molekul surfaktan. CMC larutan akueus surfaktan adalah berkaitan dengan struktur kimia surfaktan, suhu dan/atau kosolvent yang digunakan dalam sistem.

Gel silika mesoporus bimodal disediakan menggunakan larutan yang mengandungi kopolimer blok (KLE, SE, atau F127) dan surfaktan yang lebih kecil (IL, CTAB, atau P123).

2. Kaedah Replikasi

Apakah pendekatan klasik untuk mensintesisbahan karbon berliang? Prosedur replikasi templat am untuk karbon berliang melibatkan penyediaan prekursor karbon/komposit templat tak organik, pengkarbonan dan penyingkiran templat tak organik berikutnya. Kaedah ini boleh dibahagikan kepada dua kategori. Kategori pertama melibatkan membenamkan templat bukan organik dalam prekursor karbon, seperti nanozarah silika. Selepas pengkarbonan dan penyingkiran templat, bahan karbon berliang yang terhasil telah mengasingkan liang yang pada mulanya diduduki oleh spesies templat. Kaedah kedua memperkenalkan prekursor karbon ke dalam liang templat. Bahan karbon berliang yang dihasilkan selepas pengkarbonan dan penyingkiran templat mempunyai struktur liang yang saling berkaitan.

3. Kaedah Sol-Gel

Bagaimanakah kaedah sol-gel digunakan untuk mensintesis bahan berliang hierarki? Ia bermula dengan pembentukan ampaian zarah koloid (sol), diikuti dengan pembentukan gel yang terdiri daripada zarah sol terkumpul. Rawatan terma gel menghasilkan bahan dan morfologi yang dikehendaki, seperti serbuk, gentian, filem, dan monolit. Prekursor lazimnya ialah sebatian organik logam, seperti alkoksida, alkoksida kelat, atau garam logam seperti logam klorida, sulfat dan nitrat. Hidrolisis awal alkoksida atau penyahprotonan molekul air yang diselaraskan membawa kepada pembentukan kumpulan hidroksil reaktif, yang kemudiannya menjalani proses pemeluwapan untuk membentuk oligomer bercabang, polimer, nukleus dengan rangka logam oksida, dan kumpulan hidroksil dan alkoksida sisa reaktif.

4. Kaedah Selepas Rawatan

Apakah kaedah pasca rawatan yang digunakan untuk menyediakan bahan berliang hierarki dengan memperkenalkan liang sekunder? Kaedah ini biasanya terbahagi kepada tiga kategori. Kategori pertama melibatkan tambahan cantumanbahan berliangpada bahan berliang asal. Yang kedua melibatkan etsa kimia atau larut lesap bahan berliang asal untuk mendapatkan liang tambahan. Yang ketiga melibatkan pemasangan atau penyusunan prekursor bahan berliang (biasanya zarah nano) menggunakan kaedah kimia atau fizikal (seperti pemendapan berbilang lapisan dan pencetakan inkjet) untuk mencipta liang baharu. Kelebihan ketara selepas rawatan adalah: (i) keupayaan untuk mereka bentuk pelbagai fungsi untuk memenuhi keperluan yang berbeza; (ii) keupayaan untuk mendapatkan pelbagai struktur untuk mereka bentuk corak dan morfologi yang teratur; (iii) keupayaan untuk menggabungkan pelbagai jenis liang untuk mengembangkan aplikasi yang dikehendaki.

5. Kaedah Templat Emulsi

Bagaimanakah melaraskan fasa minyak atau fasa air dalam emulsi membentuk struktur hierarki dengan saiz liang antara nanometer hingga mikrometer? Prekursor memejal di sekeliling titisan, dan kemudian pelarut dikeluarkan melalui penyejatan, menghasilkan bahan berliang. Dalam kebanyakan kes, air adalah salah satu pelarut. Emulsi boleh dibentuk dengan menyebarkan titisan air dalam fasa minyak, yang dikenali sebagai "emulsi air-dalam-minyak (W/O)," atau dengan menyebarkan titisan minyak dalam air, yang dikenali sebagai "minyak-dalam-air (O/W) emulsi."

Untuk mengeluarkan polimer berliang dengan permukaan hidrofilik, emulsi W/O digunakan secara meluas untuk melaraskan struktur berliang hidrofobiknya. Untuk meningkatkan hidrofilik, kopolimer yang boleh difungsikan (seperti vinil benzil klorida) ditambah kepada monomer yang tidak boleh difungsikan (seperti stirena) dalam emulsi. Dengan melaraskan saiz titisan, hierarkibahan berliangdengan keliangan yang saling berkaitan dan diameter liang berterusan boleh diperolehi.

6. Kaedah Sintesis Zeolit

Bagaimanakah strategi sintesis zeolit, digabungkan dengan strategi sintesis lain, boleh menjana bahan berliang hierarki? Strategi pertumbuhan berlebihan berdasarkan kawalan pemisahan fasa semasa sintesis zeolit ​​boleh digunakan untuk mendapatkan zeolit ​​dwi-mikropori dengan struktur teras/cangkang hierarki, yang boleh dibahagikan kepada tiga jenis. Jenis pertama melibatkan pertumbuhan berlebihan melalui teras isomorfus (seperti ZSM-5/silicalite-1), di mana kristal teras bertindak sebagai agen pengarah struktur. Jenis kedua ialah pertumbuhan epitaxial, seperti jenis zeolit ​​LTA/FAU, melibatkan unit bangunan yang sama dengan susunan spatial yang berbeza. Dalam kaedah ini, disebabkan oleh pertumbuhan berlebihan lapisan zeolit ​​yang terpilih, salutan hanya boleh dilakukan pada muka kristal tertentu tertentu. Jenis ketiga ialah pertumbuhan berlebihan pada zeolit ​​yang berbeza, seperti jenis FAU/MAZ, BEA/MFI, dan MFI/AFI. Zeolit ​​ini terdiri sepenuhnya daripada struktur zeolit ​​yang berbeza, dengan itu mempunyai ciri kimia dan struktur yang berbeza.

7. Kaedah Templat Kristal Koloid

Bagaimanakah kaedah templat kristal koloid, berbanding kaedah lain, mengeluarkan bahan dengan struktur liang berkala yang teratur pada julat saiz yang lebih besar? Keliangan yang dijana menggunakan kaedah ini adalah replika langsung tatasusunan berkala zarah koloid seragam yang digunakan sebagai templat keras, menjadikannya lebih mudah untuk membina tahap saiz hierarki berbanding kaedah templat lain. Menggunakan templat kristal koloid boleh menghasilkan keliangan tambahan melebihi lompang koloid yang dipasang.

Langkah-langkah asas templat kristal koloid digambarkan, termasuk pembentukan templat kristal koloid, penyusupan prekursor, dan penyingkiran templat. Secara amnya, kedua-dua struktur templat permukaan dan volum boleh dihasilkan. Struktur makroporous tersusun tiga dimensi (3DOM) yang dijana melalui ciri templat permukaan yang saling berkaitan "belon" dan rangkaian seperti topang.

8. Kaedah Bio-templating

Bagaimana hierarkibahan berliangdihasilkan melalui strategi biomimetik yang secara langsung meniru bahan semula jadi atau proses pemasangan spontan? Kedua-dua kaedah boleh ditakrifkan sebagai proses bio-inspirasi.

Pelbagai jenis bahan semula jadi dengan struktur berliang hierarki boleh digunakan terus sebagai templat bio kerana kos rendah dan mesra alam. Di antara bahan-bahan ini, benang bakteria, frustules diatom, membran kulit telur, sayap serangga, butiran debunga, daun tumbuhan, selulosa kayu, agregat protein, sutera labah-labah, diatom dan organisma lain telah dilaporkan.

9. Kaedah Templat Polimer

Bagaimanakah struktur polimer dengan makropori boleh digunakan sebagai templat untuk pembuatan bahan berliang hierarki? Polimer makroporous boleh bertindak sebagai perancah, dengan tindak balas kimia atau penyusupan zarah nano yang berlaku di sekeliling atau di dalamnya, membimbing morfologi bahan. Selepas polimer dikeluarkan, bahan mengekalkan ciri-ciri struktur templat asal.

10. Kaedah Cecair Superkritikal

Bagaimanakah bahan dengan struktur berliang yang jelas boleh disintesis menggunakan hanya air dan karbon dioksida, tanpa memerlukan pelarut organik yang tidak menentu, sekali gus menawarkan prospek aplikasi yang luas? Penyingkiran fasa titisan adalah mudah kerana karbon dioksida kembali kepada keadaan gas apabila penyahtekanan. Cecair superkritikal, yang bukan gas mahupun cecair, boleh dimampatkan secara beransur-ansur dari ketumpatan rendah ke tinggi. Oleh itu, cecair superkritikal adalah penting sebagai pelarut boleh tala dan media tindak balas dalam proses kimia. Teknologi cecair superkritikal ialah kaedah penting untuk mensintesis dan memproses bahan berliang hierarki.

Semicorex menawarkan kualiti tinggilarutan grafituntuk proses semikonduktor. Jika anda mempunyai sebarang pertanyaan atau memerlukan butiran tambahan, sila jangan teragak-agak untuk menghubungi kami.

Hubungi # telefon +86-13567891907

E-mel: sales@semicorex.com