Hierarchical Porous Carbon Materials: Synthesis at Introduction

Hierarchicalbuhaghag na materyales, nagtataglay ng mga multi-level na pore structure—macropores (diameter > 50 nm), mesopores (2-50 nm), at micropores (<2 nm)—nagpapakita ng mataas na partikular na surface area, mataas na pore volume ratios, pinahusay na permeability, mababang katangian ng mass transfer , at malaking kapasidad ng imbakan. Ang mga katangiang ito ay humantong sa kanilang malawakang pag-aampon sa iba't ibang larangan, kabilang ang catalysis, adsorption, paghihiwalay, enerhiya, at mga agham ng buhay, na nagpapakita ng higit na mahusay na pagganap kaysa sa mas simpleng mga porous na materyales.

Pagguhit ng Inspirasyon mula sa Kalikasan

Maraming mga disenyo ng mga hierarchical porous na materyales ay inspirasyon ng mga natural na istruktura. Ang mga materyales na ito ay maaaring mapahusay ang paglipat ng masa, paganahin ang selective permeation, lumikha ng makabuluhang hydrophilic-hydrophobic na kapaligiran, at baguhin ang optical properties ng mga materyales.

Mga Istratehiya para sa Pag-synthesize ng HierarchicalMga Materyales na Buhaghag

1. Paraan ng Pag-template ng Surfactant

Paano natin magagamit ang mga surfactant upang bumuo ng hierarchical mesoporous na materyales? Ang paggamit ng dalawang surfactant na may magkaibang laki ng molekular bilang mga template ay isang direktang diskarte. Ang mga surfactant na self-assembled molecular aggregates o supramolecular assemblies ay ginamit bilang mga structure-directing agent para sa pagbuo ng mga porous na istruktura. Sa pamamagitan ng maingat na pagkontrol sa phase separation, ang mga hierarchical pore structure ay maaaring ma-synthesize gamit ang dual surfactant templating.

Sa diluted surfactant aqueous solutions, ang pagbabawas ng hydrocarbon chain contact sa tubig ay nagpapababa sa libreng enerhiya ng system. Tinutukoy ng hydrophilicity ng mga surfactant terminal group ang uri, laki, at iba pang katangian ng mga pinagsama-samang nabuo ng maraming surfactant molecule. Ang CMC ng mga surfactant aqueous solution ay nauugnay sa kemikal na istraktura ng surfactant, temperatura, at/o mga cosolvent na ginagamit sa system.

Ang mga bimodal mesoporous silica gel ay inihanda gamit ang mga solusyon na naglalaman ng mga block copolymer (KLE, SE, o F127) at mas maliliit na surfactant (IL, CTAB, o P123).

2. Paraan ng Pagtitiklop

Ano ang klasikal na diskarte sa synthesizingbuhaghag na materyales sa carbon? Ang pangkalahatang pamamaraan ng pagtitiklop ng templating para sa porous na carbon ay nagsasangkot ng paghahanda ng isang carbon precursor/inorganic na template composite, carbonization, at kasunod na pag-alis ng inorganic na template. Ang pamamaraang ito ay maaaring nahahati sa dalawang kategorya. Ang unang kategorya ay nagsasangkot ng pag-embed ng mga inorganic na template sa loob ng carbon precursor, tulad ng silica nanoparticle. Pagkatapos ng carbonization at pag-alis ng template, ang mga nagresultang porous na materyales sa carbon ay may nakahiwalay na mga pores na una nang inookupahan ng template species. Ang pangalawang paraan ay nagpapakilala ng carbon precursor sa mga template pores. Ang mga porous na materyales sa carbon na nabuo pagkatapos ng carbonization at pagtanggal ng template ay nagtataglay ng magkakaugnay na mga istruktura ng butas.

3. Paraan ng Sol-Gel

Paano ginagamit ang paraan ng sol-gel upang i-synthesize ang hierarchical porous na materyales? Nagsisimula ito sa pagbuo ng isang colloidal particle suspension (sol), na sinusundan ng pagbuo ng isang gel na binubuo ng pinagsama-samang sol particle. Ang thermal treatment ng gel ay nagbubunga ng nais na materyal at morpolohiya, tulad ng mga pulbos, hibla, pelikula, at monolith. Ang mga precursor ay karaniwang mga metal na organikong compound, tulad ng mga alkoxide, chelated alkoxide, o mga metal na asin tulad ng metal chlorides, sulfates, at nitrates. Ang paunang hydrolysis ng mga alkoxide o deprotonation ng mga coordinated na molekula ng tubig ay humahantong sa pagbuo ng mga reaktibong hydroxyl group, na pagkatapos ay sumasailalim sa mga proseso ng condensation upang bumuo ng mga branched oligomer, polymers, nuclei na may metal oxide skeleton, at reactive na natitirang hydroxyl at alkoxide na mga grupo.

4. Paraan pagkatapos ng Paggamot

Anong mga pamamaraan pagkatapos ng paggamot ang ginagamit upang maghanda ng mga hierarchical porous na materyales sa pamamagitan ng pagpapakilala ng mga pangalawang pores? Ang mga pamamaraang ito ay karaniwang nahahati sa tatlong kategorya. Ang unang kategorya ay nagsasangkot ng karagdagang paghugpongbuhaghag na materyalespapunta sa orihinal na buhaghag na materyal. Ang pangalawa ay nagsasangkot ng chemical etching o leaching ng orihinal na porous na materyal upang makakuha ng karagdagang mga pores. Ang pangatlo ay nagsasangkot ng pag-assemble o pag-aayos ng mga precursor ng mga porous na materyales (karaniwan ay nanoparticles) gamit ang mga kemikal o pisikal na pamamaraan (tulad ng multilayer deposition at inkjet printing) upang lumikha ng mga bagong pores. Ang mga makabuluhang bentahe ng post-treatment ay: (i) ang kakayahang magdisenyo ng iba't ibang functionality upang matugunan ang iba't ibang pangangailangan; (ii) ang kakayahang makakuha ng iba't ibang istruktura upang magdisenyo ng mga organisadong pattern at morpolohiya; (iii) ang kakayahang pagsamahin ang iba't ibang uri ng mga pores upang mapalawak ang nais na mga aplikasyon.

5. Paraan ng Pag-template ng Emulsion

Paano ang pagsasaayos ng bahagi ng langis o bahagi ng tubig sa isang emulsyon ay bumubuo ng mga hierarchical na istruktura na may mga laki ng butas mula sa nanometer hanggang micrometer? Ang mga precursor ay nagpapatigas sa paligid ng mga droplet, at pagkatapos ay ang mga solvent ay tinanggal sa pamamagitan ng pagsingaw, na nagreresulta sa mga porous na materyales. Sa karamihan ng mga kaso, ang tubig ay isa sa mga solvents. Ang mga emulsyon ay maaaring mabuo sa pamamagitan ng pagpapakalat ng mga patak ng tubig sa bahagi ng langis, na kilala bilang "water-in-oil (W/O) emulsions," o sa pamamagitan ng pagpapakalat ng mga patak ng langis sa tubig, na kilala bilang "oil-in-water (O/W) mga emulsyon."

Upang gumawa ng mga porous polymer na may hydrophilic surface, ang mga W/O emulsion ay malawakang ginagamit upang ayusin ang kanilang mga hydrophobic porous na istruktura. Upang mapahusay ang hydrophilicity, ang mga functionalizable na copolymer (gaya ng vinyl benzyl chloride) ay idinaragdag sa mga non-functionalizable na monomer (gaya ng styrene) sa emulsion. Sa pamamagitan ng pagsasaayos ng mga laki ng droplet, hierarchicalbuhaghag na materyalesna may magkakaugnay na mga porosidad at tuloy-tuloy na mga diameter ng butas ay maaaring makuha.

6. Paraan ng Zeolite Synthesis

Paano makakabuo ng mga hierarchical porous na materyales ang mga diskarte sa synthesis ng zeolite, kasama ng iba pang mga diskarte sa synthesis? Ang mga diskarte sa overgrowth batay sa control separation ng phase sa panahon ng zeolite synthesis ay maaaring gamitin upang makakuha ng bi-microporous zeolites na may hierarchical core/shell structures, na maaaring hatiin sa tatlong uri. Ang unang uri ay nagsasangkot ng labis na paglaki sa pamamagitan ng mga isomorphous na core (tulad ng ZSM-5/silicalite-1), kung saan ang mga core crystal ay kumikilos bilang mga ahente na nagdidirekta ng istruktura. Ang pangalawang uri ay epitaxial growth, tulad ng mga zeolite LTA/FAU na uri, na kinasasangkutan ng parehong mga yunit ng gusali na may iba't ibang spatial na kaayusan. Sa pamamaraang ito, dahil sa pumipili na paglaki ng mga layer ng zeolite, ang patong ay maaari lamang gawin sa ilang partikular na mga mukha ng kristal. Ang ikatlong uri ay labis na paglaki sa iba't ibang zeolite, tulad ng mga uri ng FAU/MAZ, BEA/MFI, at MFI/AFI. Ang mga zeolite na ito ay ganap na binubuo ng iba't ibang mga istruktura ng zeolite, kaya nagtataglay ng mga natatanging katangian ng kemikal at istruktura.

7. Paraan ng Colloidal Crystal Templating

Paano ginagawa ng colloidal crystal templating method, kumpara sa ibang mga pamamaraan, ang paggawa ng mga materyales na may ordered, periodic pore structures sa mas malaking saklaw ng laki? Ang porosity na nabuo gamit ang pamamaraang ito ay isang direktang replika ng panaka-nakang hanay ng mga pare-parehong koloidal na particle na ginagamit bilang matitigas na mga template, na ginagawang mas madali ang pagbuo ng mga antas ng hierarchical na laki kumpara sa iba pang mga pamamaraan ng pag-templat. Ang paggamit ng mga template ng colloidal crystal ay maaaring magbunga ng karagdagang porosity na lampas sa mga naka-assemble na colloidal voids.

Ang mga pangunahing hakbang ng colloidal crystal templating ay inilalarawan, kabilang ang pagbuo ng colloidal crystal templates, precursor infiltration, at pagtanggal ng template. Sa pangkalahatan, maaaring mabuo ang parehong surface at volume template structures. Three-dimensional ordered macroporous (3DOM) structures na nabuo sa pamamagitan ng surface templating feature na magkakaugnay na "balloon" at strut-like network.

8. Paraan ng Bio-templating

Paano ang hierarchicalbuhaghag na materyalesginawa sa pamamagitan ng mga biomimetic na estratehiya na direktang ginagaya ang mga likas na materyales o kusang proseso ng pagpupulong? Ang parehong mga pamamaraan ay maaaring tukuyin bilang mga bio-inspired na proseso.

Ang isang malawak na iba't ibang mga likas na materyales na may hierarchical porous na mga istraktura ay maaaring gamitin nang direkta bilang bio-templates dahil sa kanilang mababang gastos at pagiging magiliw sa kapaligiran. Kabilang sa mga materyales na ito, ang mga bacterial thread, diatom frustules, egghell membrane, insect wings, pollen grains, dahon ng halaman, wood cellulose, protein aggregates, spider silk, diatoms, at iba pang mga organismo ay naiulat.

9. Paraan ng Pag-template ng Polimer

Paano magagamit ang mga istrukturang polimer na may mga macropores bilang mga template para sa paggawa ng hierarchical porous na materyales? Ang mga macroporous polymer ay maaaring kumilos bilang mga scaffold, na may mga reaksiyong kemikal o paglusot ng mga nanoparticle na nagaganap sa paligid o sa loob ng mga ito, na gumagabay sa morpolohiya ng materyal. Matapos alisin ang polimer, pinapanatili ng materyal ang mga katangian ng istruktura ng orihinal na template.

10. Paraan ng Supercritical Fluid

Paano ma-synthesize ang mga materyales na may mahusay na tinukoy na mga porous na istruktura gamit lamang ang tubig at carbon dioxide, nang hindi nangangailangan ng pabagu-bago ng isip na mga organikong solvent, kaya nag-aalok ng malawak na mga prospect ng aplikasyon? Ang pag-alis ng droplet phase ay diretso dahil ang carbon dioxide ay babalik sa isang gas na estado sa panahon ng depressurization. Ang mga supercritical fluid, na hindi mga gas o likido, ay maaaring unti-unting i-compress mula sa mababa hanggang sa mataas na densidad. Samakatuwid, ang mga supercritical fluid ay mahalaga bilang mga tunable solvents at reaction media sa mga kemikal na proseso. Ang teknolohiyang supercritical fluid ay isang mahalagang paraan para sa pag-synthesize at pagproseso ng mga hierarchical porous na materyales.

Nag-aalok ang Semicorex ng mataas na kalidadmga solusyon sa grapaytpara sa mga proseso ng semiconductor. Kung mayroon kang anumang mga katanungan o kailangan ng karagdagang mga detalye, mangyaring huwag mag-atubiling makipag-ugnayan sa amin.

Makipag-ugnayan sa telepono # +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com