无模板法合成空心微球.ppt

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1、熊登峰 走向未来需要勇气,无模板法合成空心微球,功能材料,功能材料 无模板法合成空心微球,主要内容,3.无模板法合成空心微纳米球,4.空心微纳米球的应用领域,5.文献推荐,1.两个化学现象,2.空心微纳米球简介,1.两个化学现象,1.1 Ostwald 熟化,Ostwald 熟化是指在晶体的生长过程中，由于较小颗粒具有很高的化学位，必然不能稳定存在，随着时间的不断延长，被大颗粒逐渐湮灭的现象。也就是所谓的，小颗粒溶解、大颗粒长大。,功能材料 无模板法合成空心微球,机理：在小颗粒溶解、大颗粒长大的过程中，小颗粒的吸收溶解存在一个临界尺寸，如公式1.1所示。,（1.1）,当S的值一定时，粒径大于

2、r*的粒子将进一步生长，而小于r*的粒子则逐渐被吸收溶解。这一机制是1896年由 Ostwald提出的一种自发过程。,功能材料 无模板法合成空心微球,1.2 Kirkendall 效应,kirkendall 效应原来是指两种扩散速率不同的金属在扩散过程中会形成缺陷，这个原理首先是在1942年被kirkendall 等人证实。,功能材料 无模板法合成空心微球,2.空心微纳米球简介,2.1 概 述,空心微球新型纳米功能材料，由于微米或纳米尺寸空心微球密度小，比表面积大，球体一般为纳米结构，往往表现出许多异于实心颗粒的物理化学性质，如电学、磁学性质、良好的渗透性等特性以及特殊的力学性质、光学性质，在

3、许多领域都有广阔的应用前景。,功能材料 无模板法合成空心微球,2.2 空心微纳米球常用合成方法,硬模板法 HardTemplates,牺牲模板法SacrificialTemplates,软模板法 SoftTemplates,无模板法Template-free Methods,功能材料 无模板法合成空心微球,3.无模板法合成空心微纳米球,3.1 硬模板法合成空心微纳米球,硬模板法即用某种颗粒做模板，通过反应或通过表面作用包裹一层壳层物质，再采用一些手段去除模板，最终得到空心微球。硬模板法通常和层层自组装法相结合来制备中空结构。一般情况下，会选择分散性较好的无机物或是高分子聚合物、树脂微纳米粒子等

4、作为该方法的模板。,功能材料 无模板法合成空心微球,硬模板法合成空心微球及复合微球示意图,功能材料 无模板法合成空心微球,01 硬模板的制备,03 以目标材料或其前驱体对改性后模板进行表面包覆,02 对所采用的模板进行表面改性,04 选择性地移除模板,获得中空结构,硬模板法合成空心微纳米球过程,功能材料 无模板法合成空心微球,02 包覆过程中模板可能出现团聚、被刻蚀等现象,03 模板的去除过程可能导致目标材料壳的坍塌、破损,硬模板法合成空心微纳米球的不足,01 工艺复杂，操作步骤繁多，成本较高,功能材料 无模板法合成空心微球,软模板法是一类由大量分子形成的结构相对稳定的分子体系，他们通过分子间

5、作用力及空间限域能力，引导聚合物或无机物进行规律性组装。依据模板材料性质的不同，软模板法通常有以下几类：有机大分子模板、生物模板、表面活性剂模板和其他特别类型的模板，其中以聚合物为模板的研究最为广泛。,3.2 软模板法合成空心微纳米球,功能材料 无模板法合成空心微球,以反应生成气泡为软模板合成空心VOOH微球示意图,功能材料 无模板法合成空心微球,01 对溶液环境的要求过高，如pH、离子强度、溶剂等,03 合成效率较低,对工艺条件要求苛刻,02 结构稳定性较差、形成的微球尺寸与形貌不易控制,04 中空结构的规整度、壳的厚度等不确定因素,软模板法合成空心微纳米球的不足,功能材料 无模板法合成空心

6、微球,综上所述，采用传统模板法制备空心微球的过程中模板的移除步骤是不可缺少的，而模板的移除又是非常复杂的过程，其对所生成的中空结构的形貌、结构等均有很不利的影响。,Which method should we take？,功能材料 无模板法合成空心微球,一般认为液相法合成纳米颗粒的形成过程包括成核、生长、Ostwald 熟化、生长终止和纳米颗粒稳定化四个阶段。,3.3 无模板法合成空心微纳米球,(1)Ostwald熟化机制合成空心微纳米球,Ostwald 熟化法制备空心微球示意图,功能材料 无模板法合成空心微球,01 核的空心化过程导致空心结构,03 非对称 Ostwald 熟化形成类空心状核

7、-壳结构,02 对称 Ostwald 熟化形成均质核-壳结构,04 核的空心化和对称 Ostwald 熟化共同作用形成空心核-壳结构,Ostwald 熟化机制导致形成空心结构的四种过程,功能材料 无模板法合成空心微球,Ostwald 熟化法形成空心结构的一般过程,曾华淳教授等在 Ostwald 熟化机制合成微纳米空心结构方面做了大量开创性的工作，他们通过水热反应合成了形貌规则的TiO2空心球。他们通过 Ostwald 熟化机制，还合成了Cu2O和ZnS等空心结构。,功能材料 无模板法合成空心微球,该方法通过两种不同扩散速率的物质在界面发生相互扩散而形成空心结构，不需要模板，并且能够很好地控制产

8、物的颗粒和形貌。,(2)Kirkendall 效应合成微纳米空心结构,Kirkendall 效应合成 CoSe 空心纳米晶体的示意图和中间产物的 TEM 照片,功能材料 无模板法合成空心微球,2004 年，Alivisatos 工 作 组首 次 利 用Kirkendall 效应制备了 Co 中空微球。目前，Kirkendall 效应不仅仅用于中空微球的制备，也可用于中空纳米棒、空心多面体的合成，甚至可以扩展至微米级别的大尺寸无机笼状结构的制备。,功能材料 无模板法合成空心微球,总 结,发展无模板、反应条件温和、易于操作的合成方法制备多元化合物无机微纳米空心结构，不仅能够丰富空心微纳米结构的合成手段，也为其形成机制及性能的深入研究提供基础，对无机微纳米空心结构的实际应用具有重大意义。,功能材料 无模板法合成空心微球,4.空心微纳米球的应用领域,01 用在光子晶体中,02 用做光催化剂,03 利用其光电性能,04 利用其磁性能,06 用于生物医药材料,05 利用其气敏性能,功能材料 无模板法合成空心微球,5.文献推荐,功能材料 无模板法合成空心微球,功能材料 无模板法合成空心微球,功能材料 无模板法合成空心微球,功能材料 无模板法合成空心微球,功能材料 无模板法合成空心微球,Thank You！,功能材料 无模板法合成空心微球,