納米矽基離子液體材料的製備與表徵

2021-02-26 離子液體

點擊上方「離子液體」，更多精彩內容盡在掌握！

標   籤：學科前沿

關鍵詞：離子液體 高比表面積 動態模型

離子液體(ILs)是在室溫下為液體的有機離子化合物。其具有低揮發性和可設計性，可以通過組合不同的陰離子和陽離子而成為催化劑或綠色溶劑。近年來，在綠色化學概念的推動下，各種ILs被開發並應用於化學合成、電池開發、環境保護等領域。然而，ILs有極其高的粘度，導致ILs流動性較差，強烈阻礙了溶質在液體中的擴散。基於ILs的可設計性，可以設計合成低粘度的ILs。因此研究者們迫切需要找到一些降低ILs粘度的手段以適應更多的應用領域。

幹水(DW)是由疏水性納米二氧化矽和水在高速攪拌下製備而成的材料，二氧化矽在體系中通常為高度分散的納米顆粒，被廣泛用於化妝品、催化基質、光敏劑載體和氣體分離等領域。在DW中，水或水溶液被疏水性納米矽外殼包圍，該外殼可以部分抑制水分的揮發，使幹水顆粒具有分散性和液體狀。借鑑DW的製備方法，ILs也可以通過將其包裹在疏水性納米二氧化矽中製成微小顆粒。同時在納米級薄膜的製備過程中，ILs的表面張力起著主導作用。只有具有高表面張力的ILs才能成功地製備納米級薄膜。較高的表面張力導致ILs與納米二氧化矽的結合強度增強，從而使納米矽薄膜的尺寸減小。

圖1. NS-ILMs (a. SiO2, b. SiO2@EmimBF4,c. SiO2@[Bmim]BF4, d. SiO2@[Hmim]BF4)的製備（圖片來源：Journal of Molecular Liquids）

基於此，南京大學化學與化學工程學院張志炳等人選擇表面張力較大的三種不同陽離子結構的咪唑四氟硼酸ILs [C1CnIm]BF4與HDK-H18製備納米二氧化矽ILs微粒(NS-ILMs)。通過比較NS-ILMs與純離子液體捕集氣態丙酮的能力，評價NS-ILMs的形成對傳質的影響。

圖2. 熱重分析體系

（圖片來源：Journal of Molecular Liquids）

圖3. ILs的表面張力

（圖片來源：Journal of Molecular Liquids）

表1. NS-ILMs捕獲氣體的能力

（表格來源：Journal of Molecular Liquids）

相對於DW，ILs的低揮發性和高穩定性有助於保持NS-ILMs的形態，而NS-ILMs使ILs形成微米大小的顆粒，從而有效解決高粘度的負面影響。同時由於較大的界面面積，NS-ILMs相對於純ILs，在捕獲如廢氣中的揮發性有機化合物時具有更快的傳質速率。這也說明包括咪唑、季銨鹽和季鏻鹽等不同類型的ILs可用於處理揮發性有機化合物的廢氣。本文的結果顯示，由咪唑四氟硼酸鹽製成的NS-ILMs比純的ILs具有更高的揮發性有機物捕獲能力，而且NS-ILMs循環能力較好。

作者在熱重實驗的基礎上，建立了NS-ILMs捕獲丙酮蒸汽的動力學模型，表明NS-ILMs捕獲揮發性有機物的過程優於純ILs的吸附過程。此外，作者對NS-ILMs在氣液反應（二氧化碳環加成）中的促進作用研究也正在進行中。

原文連結：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016773222031446X

原文作者：

Xinyao Li, Xiemin Liu, Yansong Yu, Chao Long, Feng Zhang and Zhibing Zhang

DOI: 10.1016/j.molliq.2020.113327

更多科技前沿、論文綜述、儀器表徵、會議實時，盡在「離子液體」！

點擊「閱讀原文」即可獲取相關文獻

相關焦點

  • 南京工業大學:氨基官能化離子液體改性磁性納米粒子固定化漆酶降解酚類化合物
    本論文以雙醛澱粉為交聯劑，製備了氨基官能化離子液體修飾的磁性納米顆粒固定化生物催化劑（Fe3O4-NIL-DAS）。結果表明，Fe3O4-NIL-DAS固定化漆酶的活性保留率（73.7%）、固定化效率（85.8%）和貯存穩定性（30天後保持初始活力的80%以上）明顯改善。固定化漆酶使用六個周期後仍保持83.5%的初始活性。
  • 矽基負極和鋰金屬負極製備研究進展
    【原創】【2020先進電池材料論壇】矽基負極和鋰金屬負極製備研究進展材料會議文章來源自：高工鋰電網2020-08-27 09:09:01 閱讀：8 矽基材料商業化前景廣闊，但由於矽在充放電過程中會發生劇烈的體積收縮，體積的劇烈變化會導致內部機械機構失效，從而使得矽負極的循環壽命難達預期，因此尚未在鋰電池中大規模應用。
  • 「圖書推薦」鋰離子電池用納米矽及矽碳負極材料
    在此基礎上，利用自組裝法製備了納米矽碳負極材料及矽碳/石墨負極材料，分析其微觀結構和物化狀態，通過循環測試分析了電化學性能，並闡明矽烷偶聯劑對納米矽碳負極材料微觀結構和電化學性能的影響。從微觀結構和物相變化角度論述納米矽碳負極材料嵌脫鋰穩定性，闡明了納米矽顆粒與碳層的破壞、Li15Si4合金生長的電極電位以及對嵌脫鋰穩定性的影響。
  • 蛭石基功能吸附材料特點及製備技術
    鑑於活性炭成本高與再生困難等缺點，天然蛭石是典型的矽鋁酸鹽黏土，具有資源豐富、價廉易得、親水、層板帶負電荷、多級結構和物理化學性能穩定等優勢，蛭石基吸附材料是蛭石應用於環境領域的重要功能材料，可有效去除水中的氨氮、重金屬元素、磷酸鹽、氟離子、稀土離子、有機物等汙染物。1、蛭石為什麼能吸附汙染物？
  • 北大排列高密度半導體碳納米管,電子學性能超同尺寸矽基器件
    半導體碳納米管首次在真實電子學表現上超越相似尺寸的矽基CMOS器件和電路。論文描述在4英寸基底上製備了高密度高純半導體陣列碳納米管材料，突破了碳納米管集成電路關鍵的材料瓶頸。張志勇對澎湃新聞表示，該研究團隊目前實際已經可以在8英寸晶圓上製備這種碳管，並開發了全自動的提純和組裝設備，完全具備量產的技術積累。
  • 化工系魏飛教授課題組發文報導可長循環的矽基負極材料
    化工系魏飛教授課題組發文報導可長循環的矽基負極材料清華新聞網7月10日電 7月4日，清華大學化工系魏飛教授課題組在知名期刊《納米快報》（Nano Letters）上在線發表「碳化矽作為抑制化學反應的保護層增強矽基負極穩定性」（Silicon Carbide as a Protective Layer to Stabilize Si-Based
  • 碳基半導體、彎道超車與楚王失弓
    大家都知道，當代的信息技術是建立在矽（Si）材料上的。所以很多人腦洞大開地設想將來會出現「矽基生命」，也就是有自我意識的機器人，或者人把意識上傳到網絡。或許，高等級的外星文明已經是矽基生命了。
  • 中國碳基半導體材料取得新突破,或將終結矽時代,實現晶片全面領先
    近日，北京大學張志勇教授-彭練矛教授課題組發展全新的提純和自組裝方法，製備高密度高純半導體陣列碳納米管材料，並在此基礎上首次實現了性能超越同等柵長矽基CMOS技術的電晶體和電路，展現出碳管電子學的優勢。
  • 北理工Small: 高性能二維介孔矽納米片負極
    儘管目前各種方法被用來合成二維矽納米片，如刻蝕與剝離、化學氣相沉積及模板誘導合成，但這些方法通常工藝複雜、成本高、前驅體不穩定、產率低而且儲鋰性能差。因此，採用低成本的方法實現優異電化學性能的二維矽納米片的大規模製備是一個意義重大且存在巨大挑戰的難題。
  • :整合單原子鎳、小分子硫的碳基納米管實現高倍率鉀離子儲存
    然而，由於鉀離子半徑較大，導致電極材料反應動力學緩慢、體積變化大、容量低、速率性能差、容量快速衰減等。因此，精細的結構和成分設計對於進一步提高鉀離子電池電極材料電化學性能具有重要的意義。針對這一問題，中國科學技術大學錢逸泰院士課題組從材料設計視角，報導了一種整合單原子鎳、小分子硫的碳基納米管用於穩定鉀離子電池負極。
  • 淺談納米材料的表徵與測試方法
    1 納米材料的表徵納米材料的表徵是對納米材料的性質和特徵進行的客觀表達，主要包括尺寸、形貌、結構和成分等方面的表徵。由於非晶態的納米材料不會對X射線產生衍射，所以一般不能用此法對非晶納米材料進行分析。2.3 X 射線小角散射法（small angle X-ray scattering，SAXS）SAXS可用於納米級尺度的各種金屬、無機非金屬、有機聚合物粉末以及生物大分子、膠體溶液、磁性液體等顆粒尺寸分布的測定；也可對各種材料中的納米級孔洞、偏聚區、析出相等的尺寸進行分析研究。
  • ...基體的合成與改性;納米高分子基複合材料製備;生物高分子材料製備
    所在院校： 哈爾濱工業大學       所在院系： 應用化學 職稱： 教授       招生專業： 應用化學 研究領域： 聚合物基複合材料的增強纖維及其編織物的表面處理；界面表徵與優化
  • 矽基晶片已到天花板,新材料彎道超車,碳納米管未來是否有潛力?
    相對於傳統的矽晶體晶片，碳基晶片更具有應用前景，而且國內在這方面一直在布局，我們從2000年就開始碳基晶片的研究，終於在今年碳基晶片亮相了，國內也傳來了好消息，北大張志勇-彭練矛課題組突破了半導體碳納米管關鍵材料的瓶頸，使其製備出的器件和電路在真實電子學表現上首次超過了矽基產品。
  • 清華《Nano Letters》新思路，明顯提升矽基負極的循環穩定性
    導讀：本文通過構建TiN阻斷層包裹矽顆粒，在保證良好的導電性的同時，有效地阻止了氟離子的滲入，阻斷了副反應的發生，明顯提升了電極的循環穩定性。這一發現為矽基負極的研發提供了新的思路和參考。矽超高的理論容量（4200 mA h g-1）使其一直被認為是下一代鋰離子電池（LIBs）理想負極材料。
  • :整合單原子鎳、小分子硫的碳基納米管...
    然而，由於鉀離子半徑較大，導致電極材料反應動力學緩慢、體積變化大、容量低、速率性能差、容量快速衰減等。因此，精細的結構和成分設計對於進一步提高鉀離子電池電極材料電化學性能具有重要的意義。成果簡介針對這一問題，中國科學技術大學錢逸泰院士課題組從材料設計視角，報導了一種整合單原子鎳、小分子硫的碳基納米管用於穩定鉀離子電池負極。相關論文近期發表於Angew. Chem. Int. Ed.（《德國應用化學》）。
  • 鈣鈦礦材料的製備方法含溶膠-凝膠法、水熱合成法、高能球磨法
    10)磁性離子Fe~(3+)摻雜鈦酸鋇複合粒子四方相鈦酸鋇的Fe~(3+)磁性摻雜,磁性離子Fe摻雜鈦酸鋇鐵電材料,鐵摻雜的鈦酸鋇BaTi1-xFexO3(0.10≤x≤0.60)描述;鈦酸鋇是一種重要的介電、鐵電材料,在電流變材料方面具有廣泛的應用。通過對鈦酸鋇進行磁性離子Fe~(3+)的摻雜,擬製備出具有優良電磁雙響應的複合粒子.
  • 氮/氧共摻雜石墨烯狀碳納米籠作為鋰離子/鉀離子電池的陽極
    >環保型碳基材料作為鹼性離子電池的通用陽極具有潛在的應用前景。然而，現有的碳基材料已不能滿足日益增長的高能量密度需求，需要進一步積極探索。大的層間間距和堅固的自支撐納米籠結構極大地促進了電解質的滲透，並改善了離子和電子傳輸的動力學，從而產生了出色的電化學性能。動力學分析和密度泛函理論計算詳盡地說明了N / O摻雜的石墨烯樣結構的Li / K吸收特性，進一步證明了Li / K儲存的化學親和力和優越性。這項研究提供了一種簡便且完全可再生的方法來製備有前途的鹼性離子電池陽極材料。
  • VH留學 |清華大學博士科研——微納米結構的矽基晶片的製備
    微納米結構的矽基晶片的製備>微電子學是21世紀的新型學科，它依賴於微納米技術（MEMS, nano technology）的發展。納米技術主要是在1-100nm尺度範圍內的精細加工和製備相關器件，比如電腦集成電路板或者手機的內置存儲晶片等，微米技術主要涉及在0.1um到毫米尺度範圍內的研究，用於材料學，電子學等其他不同領域的研究。微電子學是一本非常交叉的前沿學科，微納米電子器件的製備是其中一項重要的研究。