有机无机杂化材料研究进展 36页PPT文档
有机-无机杂化材料
3.2 乳液共混法
先制备聚合物乳液，在与无 机纳米粒子均匀混合，最后 除去溶剂（水）而成型。
3.3 溶胶-聚合物共混法
有机盐（如有机醇盐）先水解脱醇、 脱水、缩合成溶胶或无机盐和金属 粉共混制成溶胶等方法再与有机高 分子溶液或乳液共混，发生胶化而 形成杂化材料。
4. 自组装法
自组装法制备有机-无机杂化材料的 基本原理是体系总是会自发地向自 由能减小的方向移动，形成共价键， 离子键或配位键，得到多层交替有 机-无机膜。
本方法以共价键印迹蛋白质,用草酸洗脱。 表面印迹有利于大分子蛋白质向印迹位 点的扩散和再结合,合成的印迹聚合物对 牛血清白蛋白的吸附率达44.5%,而其它 蛋白的吸附率小于17%,显示对模板蛋白 具有特异吸附能力。
1.1 原位法
原位法是无机物前驱体与有机物在共溶 剂中均匀混合后再进行溶胶、凝胶化而 制得杂化材料的方法。
关键：选择具有良好溶解性能的共溶剂。
1.2 溶-原位聚合法
有机高分子单体与无机溶胶均匀混 合后再引发单体聚合形成杂化材料 的方法。该方法也可在单体或无机 溶胶的金属原子（M）上引入交联剂、 螯合剂，增进聚合物-无机材料的相 容性。
杂化材料 制备进展
杂化材料
*杂化材料二十世纪八十年代开 始兴起的一种新型材料 *该种材料尚没有统一严密的概 念，一般认为它是无机和有机成 分互相结合，特别是在微观尺寸 上结合得到的一类材料。
*对无机和有机材料在宏观尺寸上 进行复合，以期改进单一材料的不 足，已经有相当长的历史。
*土砖即是用泥土掺杂少量的稻草烧 结而成的，稻草属于有机纤维类， 它的加入，可以有效的防止泥土烧 结过程中裂缝的生成。
*微观层面上无机和有机组分的有 致复合就需要借助化学手段。
无机化学 杂化轨道理论 PPT课件
不等性杂化
有单电子的 sp3 杂化轨道 与 H 的 1s 成 键；
故 H2O 分子呈 “V ” 字形 结构
sp3
不等性杂化
有对电子的 sp3 杂化轨道 不成键，为孤电子对。
H－O－H 键角本应 109°28′ 但由于孤电子对对于成键电对的 斥力，该键角变小，成为 104°45′
NH3 三角锥形 中心 N 原子 sp3 不等性杂化
sp3
不等性杂化
sp3
不等性杂化
3 条有单电子的 sp3 杂化轨道
分别与 H 的 1s 成 键。
分子呈三 角锥形结构
••
N
H
H
H
sp3
不等性杂化
由于孤电子对的影 响，H－N－H 角变小，
H 为 107°18′
•• N
H H
sp3不等性杂化hoh键角本应10928但由于孤电子对对于成键电对的的斥力该键角变小成为为10445nh3三角锥形中心n原子sp3不等性杂化sp3不等性杂化3条条有单电子的sp3杂化轨道分别与h的1s成??键
5. 4 杂化轨道理论
价键理论中讲过，CH4 形 成的过程中， 碳原子有激发的 步骤，以得到 4 个单电子。
杂化过程中形成的杂化轨道的 数目，等于参加杂化的轨道的数。
CH4 中参加杂化的有 2s，2px， 2py，2pz 共 4 条原子轨道。
形成的杂化轨道也是 4 条。 4 条形状和能量完全相同的 sp3 杂化轨道。
杂化过程的实质是波函数 的线性组合，得到新的波函数 —— 杂化轨道的波函数。
例如 s 和 px 杂化，产生两条
平行，两个 pz 之间成 键。
＋
＋
－
－
故乙烯中有 C = C 的存在。
有机-无机杂化膜研究进展
PVA SSA PAA
T=25oC
分子水平上杂化形成的杂化膜 的网络结构
杂化膜的质子导电率虽降低, 杂化膜的质子导电率虽降低,但 甲醇渗透量大大降低(2个数量级) (2个数量级 甲醇渗透量大大降低(2个数量级)
Solid State Ionics 176(2005)117
(III)按用途可分为 (III)按用途可分为: 按用途可分为:
• • • •
质子传导膜 气体分离膜 生物医学膜 渗透汽化膜,反渗透膜,纳滤膜,超滤膜…… 渗透汽化膜,反渗透膜,纳滤膜,超滤膜……
有机有机-无机杂化膜研究简介
30
25 文 献 数 13
10 20
28
10.1% 39.4%
质子传 导膜( 导膜(燃 料电池) 料电池) 生 物 其他
主要参考文献
• • • • • • • • • • • • • • • • •
衣宝廉，燃料电池－原理．技术．应用，北京：化学工业出版社，2003 衣宝廉，燃料电池－原理．技术．应用，北京：化学工业出版社， 吴翠明等，无机化学学报，17（2002） 吴翠明等，无机化学学报，17（2002）641 吴翠明等，膜科学与技术，23（2003） 吴翠明等，膜科学与技术，23（2003）52 艾晓莉等，化学进展， 艾晓莉等，化学进展，16(2004)654 C.Guizard et al, Sep.Purif.Technol.25(2001)167 A. Sacca et al, J.Power Sources (2005)(in press) S.Kwak et al, Solid State Ionics 160 (2003) 309 P. Staiti et al, Solid State Ionics 145( 2001) 101 D. Kima et al, J. Membr. Sci. 240 (2004)37 D.Kim et al ,Solid State Ionics 176 (2005) 117 I. Honma et al, J. Membr. Sci. 185 (2001) 83 S.Ziegler et al, J. Membr. Sci. 187 (2001) 71 Y.Park et al , J. Membr. Sci. 261 (2005) 58 T.Kikukawa et al , J. Membr. Sci. 259 (2005) 161 R. Thangamuthu et al, Solid State Ionics 176 (2005) 531 H.Y. Chang et al, J. Membr. Sci. 218 (2003) 295 D.H. Jung et al, J.Power Sources 106 (2002) 173
有机-无机杂化涂料的研究进展
有机-无机杂化涂料的研究进展钱晓锋【摘要】有机-无机杂化材料作为一种新型的功能材料，在各应用领域已显示了强大的功能优势。
近几年来，有机-无机杂化材料在光学材料、电学材料、涂层材料、催化材料、磁性材料、生物材料等方面有了很大的研究进展,本文主要结合有机-无机杂化材料在涂层材料方面的研究情况，并指出在这一研究领域存在的问题及今后的发展方向。
【期刊名称】江西化工【年(卷),期】2014(000)001【总页数】4【关键词】有机无机杂化涂料原位生成法溶胶-凝胶法0 引言“杂化涂料”作为专用术语贴切地反映不少特殊涂料体系,这些体系的主要特点为具有两种或两种以上的基料，而不同基料的固化机理和性能特征差异巨大。
能最大限度地提高涂层性能。
或者说通过其他方法都无法逾越的杂化涂料种类是一种无机和有机组分以分子或功能性小分子形式相结合的涂料。
有机-无机(O/I)杂化涂料(即有机-无机(O/I)纳米复合涂料)是指至少含有一相尺度至少在一维上小于100nm，并且由于纳米相的存在而使其性能得到显著提高或有新功能的涂料。
有机-无机杂化涂料的无机相一般为金属、金属离子、无机氧化物、无机层状物和杂多酸等，而有机相一般为有机聚合物和有机小分子。
这种涂料不同于传统的有机相-无机相填料体系,并不是有机相与无机相的简单加合,而是有机相和无机相在纳米至亚微米级甚至分子水平上结合形成的[1]。
1 有机-无机杂化涂料的研究进展1.1 纳米微粒原位生成法纳米微粒原位生成法是将聚合物基质与可溶性无机分子溶于适当的溶剂中，通过某种反应在聚合物中原位生成无机纳米微粒,聚合物基质既可以是复合过程中合成的，也可以是预先制备的。
由于反应中聚合物的特有官能团和基体对金属离子有络合、吸附及空间位阻效应，提供了纳米级的空间限制，故能控制纳米微粒直径和稳定纳米微粒、防止其发生团聚的作用。
纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米级的超细微粒，一般在1～100纳米之间，它的尺度大于原子簇(即几个至几百个原子的聚集体，粒径小于或等于1纳米)，小于通常的微粉。
有机无机杂化材料研究进展详解演示文稿
有机无机杂化材料研究进展详解演示文稿有机无机杂化材料（Organic-Inorganic Hybrid Materials）是一类由有机和无机两种材料相互作用形成的新材料，通常具有兼具有机物和无机物的优点。
这类材料拥有丰富的性质和应用潜力，因此在材料科学领域备受研究者的关注。
下面我们将详细介绍有机无机杂化材料的研究进展。
首先，有机无机杂化材料的种类与合成方法是研究的重点之一、根据有机物和无机物的相对含量，可以将有机无机杂化材料分为两大类：有机/无机比例不高的杂化材料和有机/无机比例较高的杂化材料。
有机/无机比例不高的杂化材料主要包括无机颗粒包覆有机分子的纳米复合材料和无机网格中杂有有机分子的杂化金属有机骨架材料。
而有机/无机比例较高的杂化材料则有无机颗粒分散在有机基质中的无机颗粒增韧共混物和有机分子与无机部分相互穿插的无机有机混合聚合物。
其次，有机无机杂化材料在能源和环境领域的应用也是研究的热点。
例如，有机无机杂化材料可以作为光电转换材料，用于太阳能电池和光催化领域。
此外，有机无机杂化材料还可以用于制备高性能的超级电容器材料和锂离子电池材料，提高储能性能。
同时，有机无机杂化材料还可以作为催化剂用于有机物降解、污水处理和废气处理等环境领域。
第三，有机无机杂化材料的特殊性能也吸引着研究者的兴趣。
例如，有机/无机界面的协同效应可以使杂化材料具有优异的力学性能、光学性能和电学性能。
此外，有机无机杂化材料还具有可调控的磁性、导热性和电磁波吸收性能，为实现特定应用提供了可能。
最后，有机无机杂化材料的未来发展方向也值得关注。
一方面，研究人员将继续改进有机无机界面的结构和性能，以实现更好的杂化效果。
另一方面，研究人员将进一步探索有机无机杂化材料的应用领域，如传感器、光电子器件和生物医学等领域。
总而言之，有机无机杂化材料的研究进展已经取得了重要的突破，并且在能源、环境以及其他领域的应用也取得了显著的成果。
然而，仍然有许多待解决的科学问题和技术挑战需要进一步研究和探索。
有机无机杂化材料的合成及其在催化领域中的应用研究
有机无机杂化材料的合成及其在催化领域中的应用研究有机无机杂化材料是最近利用化学和材料科学交叉发展而来的一种新型复合材料。
他们由有机和无机基元结合而成，能够发挥各自单一材料的优点，同时也具有新颖的物理和化学性质，赋予后续开发新的应用领域的潜力。
本文介绍有机无机杂化材料的合成方法和在催化领域的应用研究。
一、有机无机杂化材料的合成方法有机无机杂化材料可以使用两种方法进行制备，即原位合成方法和后续组装方法。
原位合成方法通过一次反应将有机和无机组分混合，使它们通过化学键或物理交互作用相互结合。
后续组装方法是两种组分先制备出来，然后通过物理交互作用结合成杂化材料。
1.原位合成方法原位合成方法是一种简单的制备有机无机杂化材料的方法。
根据实际情况，可以采用几种方法进行原位合成，下面介绍几种常见方法。
（1）溶剂热法：该方法使用有机和无机物质的反应溶液，在高温条件下，由于具有吸附和溶解能力，在混合体系中形成晶核和沉淀。
当混合物冷却至室温时，有机无机化合物形成。
该方法的优点是产率高，操作简单，缺点是资源消耗量大。
（2）溶胶凝胶法：该方法是利用水解反应或溶胶过程中分解的前驱体制备杂化材料。
首先，无机物质以水解反应形式，在相应的溶液中制备出溶胶，然后将有机物质溶解其中，加入交联剂，并在一定的条件下合成有机无机杂化材料。
该方法制备的有机无机杂化材料具有良好的耐热性能，但杂化体系中的无机含量偏低，需要高成本制备。
（3）氧气离子束溅射法：该方法使用氧气离子束溅射器以无机材料为基底，在大气压下，氧气离子束轰击无机物质，形成表面导电层和空穴分布中的反应点，然后在介质中加入有机物质，在空穴分布中形成有机物质的凝胶，最终制备成杂化材料。
该方法的优点是产物的纯度高，微观结构可控且具有良好的热稳定性。
2.后续组装方法后续组装方法是一种制备有机无机杂化材料的万能方法，采用化学反应和物理交互作用将有机物质和无机物质连接起来。
这种方法分为三种类型：区域生长方法、自组装方法和化学共价键连结方法。
有机-无机杂化发光材料
有机-无机杂化发光材料1. 引言1.1 介绍有机-无机杂化发光材料的概念有机-无机杂化发光材料是近年来备受关注的研究领域，它是由有机材料和无机材料通过特定的制备方法进行复合而成的新型材料。
有机材料通常具有良好的柔性和可溶性，而无机材料则具有优秀的光电性能和稳定性，将两者进行杂化可以充分发挥各自特点，实现性能的协同提升。
这种杂化结构不仅可以实现材料性能的多元化调控，还可以拓展材料的应用范围，具有潜在的广泛应用前景。
有机-无机杂化发光材料的研究不仅可以为新型光电器件的设计和制备提供新思路，还可以促进材料科学领域的跨学科交叉融合。
深入探讨有机-无机杂化发光材料的概念及其制备方法、性质、应用领域和发展趋势，对推动材料科学的发展具有重要意义。
1.2 研究背景和意义有机-无机杂化发光材料是一种新型材料，它将有机和无机材料结合在一起，发挥各自的优势，形成具有独特性能的复合材料。
随着近年来材料科学领域的不断发展，有机-无机杂化发光材料备受研究者关注。
有机和无机材料在发光领域各有其优势和局限性，有机材料具有丰富的结构多样性和发光色彩可调性，但其稳定性和光电子性能较差；而无机材料具有较好的稳定性和光电子性能，但结构单一、色彩单一。
有机-无机杂化发光材料的研究具有重要意义，可以综合利用有机和无机材料的优势，克服彼此的不足，实现材料性能的整合和提升。
有机-无机杂化发光材料在光电子器件、生物成像、显示器件等领域具有广阔的应用前景。
通过调控发光材料的结构和性能，可以实现更广泛的应用，为相关领域的发展提供新思路和新材料支撑。
加强对有机-无机杂化发光材料的研究，对促进材料科学领域的发展和技术创新具有重要意义。
2. 正文2.1 有机-无机杂化发光材料的制备方法有机-无机杂化发光材料的制备方法包括溶液法、溶胶-凝胶法、共沉淀法等多种途径。
溶液法是最常见的制备方法之一。
在溶液法制备过程中，通常先将无机材料和有机材料分别溶解在适当的溶剂中，然后将它们混合搅拌并进行热处理，最终形成有机-无机杂化发光材料。
有机无机杂化材料
有机无机杂化材料有机无机杂化材料（Hybrid Organic-Inorganic Materials）是一类由有机和无机组分相互作用而形成的新型材料。
这些材料结合了有机材料的可塑性和可溶性以及无机材料的机械强度和热稳定性，具有广泛的应用潜力。
下面我将详细介绍有机无机杂化材料的制备方法、性质及其应用。
有机无机杂化材料的制备方法多种多样，常见的方法包括溶剂热法、溶胶凝胶法、溶液浸渍法等。
其中，溶胶凝胶法是最常用的制备方法之一、该方法一般包括溶胶制备、凝胶形成和热处理三个步骤。
首先，在溶剂中添加适量的有机和无机前体，形成均匀的混合溶胶。
然后通过调节溶胶的酸碱性或温度，使溶胶发生凝胶化反应，形成凝胶。
最后，通过热处理过程，去除溶剂并进行材料的结晶和固化，得到最终的有机无机杂化材料。
有机无机杂化材料具有多种独特的性质。
首先，有机无机界面的形成使材料表面具有了有机物和无机物各自的特性。
这种界面结构可以增强材料的力学强度和化学稳定性。
其次，有机物的加入使得材料具有了良好的可塑性和可溶性，可以根据需要进行成型加工。
此外，有机无机杂化材料的热稳定性和电导性能也优于传统的有机材料。
有机无机杂化材料在许多领域都有着广泛的应用。
其中最显著的应用领域之一是能源存储和转换。
由于有机无机杂化材料具有优良的电导性和机械强度，可以作为高性能锂离子电池、超级电容器和太阳能电池等能源存储和转换器件的电极材料。
此外，有机无机杂化材料还可用于光电器件、催化剂、传感器和分离膜等领域。
例如，有机无机杂化材料可以用于制备高效的光催化剂，用于光解水和有机废水处理。
总之，有机无机杂化材料是一类具有独特性能和广泛应用潜力的新型材料。
通过合理的制备方法，可以调控其结构和性质，满足不同领域的需求。
我相信随着研究的不断深入，有机无机杂化材料将为我们带来更多的惊喜和突破。
有机无机杂化材料
电子显微镜
图10.15 Au粒 子的尺寸控制 a) 2.5; b) 4; c) 6nm
有机无机杂化料
有机高分子/无机纳米杂化结构材料 加入少量一种组分改善力学性能 可调节的性能
有机无机杂化材料
加入少量一种组分改善力学性能
照或加热情况下聚合的基团。
有机无机杂化材料
有机无机杂化材料
预聚体杂化
图14-6 利用模板制备杂化材料
有机无机杂化材料
嵌段共聚物杂化
图14-7 (A-B)n 型嵌段高聚物(PS-PI)形态图, s 是PS组 分的体积分数
有机无机杂化材料
杂化材料的表征
跟踪反应过程：荧光光谱法， 核磁共振法，动态光散射法等,
尺寸 (nm) 10 4 2 1
总原子数
3104 4103 2.5102
30
表面原子所占百分数
20 40 80 99
有机无机杂化材料
纳米材料中晶体内缺陷出现的几率 小。
纳米材料可以兼顾无机物分子的分 立能级和半导体的连续谱的优点。
量子尺寸效应 组成的方式要较大尺寸粒子的组成
方式多得多
有机无机杂化材料
有机无机杂化材料
分子间小分子杂化
1. 有机小分子
无机小分子
│
↓
│
无机高分子
│
│
└──────────┘
↓
有机小分子分散在无机高分子中
图 14-1 有机小分子嵌夹在无机网络中( 是有机小分子)
有机小分子可以具有荧光、光致变色或非线性光学性质；无 机高分子是SiO有机2无，机杂T化iO材料2 或过渡金属氧化物凝胶等。
MOFS材料(共36张)
次级构筑单元仅仅是概念上的单元，在原料中并不包
含这样的单元。
16
第16页，共36页。
[Zn4O(BDC)3]n·8n(DMF)·(C6H5Cl) MOF: (a) Zn4O 单元(dānyuán) (Zn: filled circles) linked to six O2C units of
BDC groups (C: shaded circles). (b) The same with four ZnO4 tetrahedra shaded. (c) The same with the C6 octahedron shaded. (d) The BDC anion (O: open circles, C: shaded circles). (e) The link (the phenyl of the BDC anion).
14
第14页，共36页。
2.2 保护性配体法 利用保护性配体预计金属离子形成的配合物与桥连配
体组装成MOFs： 保护性配体对所形成MOFs的结构具
有(jùyǒu)控制作用
15
第15页，共36页。
2.3 次级构筑单元(dānyuán)法
次级构筑单元 ( secondary building unit = SBU) 当桥连配体与金属离子共聚合时, 常能在所形成的结构 中识别出簇合体，这些簇合体被称为次级构筑单元。
the many factors affecting the structure of a MOF.
Factors affecting the structure other than the metal and the linker:
(1) counterions, (2) templates (the presence of which within the structure is necessary for its formation), (3) solvents or nonbonding guests, (4) Auxiliary ligands, (5) pH value, (6) hydrothermal/ solvothermal conditions ……
新型有机无机杂化材料在光催化领域中的应用研究进展
新型有机无机杂化材料在光催化领域中的应用研究进展近年来，新型有机无机杂化材料在光催化领域中的应用研究取得了显著进展。
该类材料利用有机材料和无机材料的优点，通过合理的组合和界面设计，实现了光催化性能的提升。
本文将从材料的设计、合成、表征和应用四个方面探讨新型有机无机杂化材料在光催化领域中的最新研究进展。
首先，材料的设计是新型有机无机杂化材料研究的关键。
在设计过程中，需要考虑有机材料和无机材料之间的协同效应。
有机材料通常具有良好的光吸收性能和光电转化性能，而无机材料具有良好的载流子传输性能和光稳定性。
因此，在有机无机杂化材料的设计中，可以选择光吸收性能较好的有机材料作为光敏成分，将其与具有良好电导性能或载流子传输性能的无机材料相结合，以实现光催化性能的提升。
其次，合成新型有机无机杂化材料是研究的关键一步。
不同的合成方法可以得到不同形貌和结构的杂化材料，进而影响其光催化性能。
常见的合成方法包括溶胶凝胶法、热解法、水热法等。
其中，溶胶凝胶法是一种简便有效的合成方法，可以通过调整原料的比例和反应条件来控制材料的结构和形貌。
通过合适的合成方法，可以实现有机材料与无机材料之间的均匀分散和高度结合，提高材料的光催化性能。
然后，对合成得到的新型有机无机杂化材料进行表征是研究的重要环节。
常用的表征方法包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、红外光谱（IR）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）等。
通过这些表征方法可以分析杂化材料的晶体结构、形貌、组分、光吸收性能等。
表征结果可以为进一步的应用研究提供重要的基础数据。
最后，新型有机无机杂化材料在光催化领域中具有广泛的应用前景。
例如，有机光催化剂和无机半导体材料的组合可以实现光-电-化学转换，有效地利用光能净化废水和空气。
有机-无机杂化材料在光催化领域中还可以应用于光电池、光催化剂和光控制器件等方面。
例如，将有机材料和无机半导体材料相结合，设计和制备高效的光电池，可用于太阳能转换和能量存储等领域。
有机_无机杂化材料的应用研究进展
以 PM P S( 聚甲基苯
基硅烷) 和 M PT M S( 3 - 异丁烯酸丙氧基三甲氧基硅 烷酯 ) 为原料, 用溶 胶 凝 胶法制备了薄膜杂化材 料 , 并研究 其光电性能。结果发现 , 在紫外光照射 下 , 杂化材料的降解速度低于 P MP S 的降解速度。 室温紫外光下 , 杂化材料的折射 率从 1. 60 减少至 1. 40, 为聚硅烷基光电设备的开发提供了新的方法。 在后续实验中, M im ura 等
耿丽娜 * 1, 2 , 洪 钏1 , 吴 燕1 , 吴世华 2
( 1. 河北师范大学化学学院 , 河北 石家庄 050016; 2. 南开大学化学学院 , 天津 300071)
摘
要: 作为新型的功能材料, 有机 - 无机杂化材料的研究方兴未艾 , 在各应用领域已显示了强大的
功能优势 。 综述了 21 世纪以来, 有机 - 无机杂化材料在光学材料 、 电学材料 、 涂层材料 、 催化材料 、 磁性材料 、 生物材料等方面的研究进展 , 同时结合该课题组在气体传感器方面的研究工作 , 着重讨 论了有机 - 无机杂化材料在气体传感器方面的研究情况 , 并指出在这一研究领域存在的问题及今后 的发展方向。 关键词: 有机 - 无机杂化材料; 气体传感器 ; 功能材料 中图分类号: O 614; T P 212 文献标志码 : A 文章编号 : 0367 - 6358( 2011) 11 - 0699 - 04
[ 11] [ 9] [ 3- 6]
聚硅 烷 / T iO 2 的 杂 化 膜。 F T IR 测 试 表 明, 在 910cm- 1 处产生了 SiO - T i 的吸收峰, 同时, 杂化膜与 四氢呋喃等不发生化学反应, 也表明共聚物与 T iO 2 间以共价键结合。从光学吸收 和光致发光谱图 看 到, 在 3. 7、 4. 5eV 处共聚物 / T iO 2 的特征光吸收 , 随共聚物含量减少, 杂化膜的光致发光密度变弱, 且 远弱于相同共聚物含量的共聚物/ SiO 2 膜。稳态光 电导实验发现, 共聚物/ T iO2 的光电导约是共聚物 / SiO 2 的 100 倍。这种共聚物 / T iO 2 杂化膜是一 种 新型的光电材料 , 有望用作太阳能电池和紫外光检 测。 1. 3 涂层材料 有机 - 无机杂化材料既具有有机聚合物的 坚韧 性、 伸缩性 , 又具有无机固体材料的高硬度、 化学稳 定性等特点 , 作为功能性的涂层材料, 如抗雾、 抗灰 涂层、 耐刮、 耐火涂层、 太空涂层、 萃取涂层、 以及聚 合物表面的阻隔层和金属表面的抗腐蚀涂层等 , 也 有很大研究价值。 Dw orak 和 Soucek
有机无机杂化材料研究进展PPT演示文稿
[11]刘丰祎,符连社,王俊,张洪杰,有机-无机杂化中孔材料研究进展 [J],2002,657-662.
[9] Lingxia Zhang, Wenhua Zhang et.at.all. A new thioether functionalized organic–inorganic mesoporous composite as a highly selective and capacious Hg2+ adsorbent[J]. Chem Comm.2002,210-211.
表面活性剂有机—无机杂化材料研究进展
主要内容
➢ 概念 ➢ 功能 ➢ 相关应用 ➢ 合成方法 ➢ 研究展望 ➢ 参考文献
有机—无机杂化材料
在20世纪70年代末, 出现了聚合物-SiO2的杂 化材料, 但当时还没有杂化材料的概念。1984 年,Schmidt等人首先提出了有机-无机杂化材 料的概念。
除硫醚功能化介孔材料外,美国的Jaroniec等合成了含 有异氰尿酸功能基团(硅酯25)的PMOs材料,该材料对 Hg2+的吸附量可达1800mg/g。
光学材料
在有机-无机杂化介孔材料中引入憎水性的有机基团，大大降低 材料的介电常数，因此有机-无机杂化介孔膜材料将有可能在非 线性光学材料领域有潜在的应用价值。 曹峰[6]等人制备了一种新型的光敏聚酰亚胺/二氧化硅杂化材料 ，该材料除保持光敏聚酰亚胺原有的感光性能外，其热稳定性能 、力学性能及与基底的粘附性能均有明显地提高。
尽管有机-无机杂化材料在多种应用领域已显示了它的 优异性能和巨大潜力,但它仍是一个年轻尚需进一步研 究的领域,如杂化材料的的杂化机理、 材料的结构与 性能的关系、 反应条件对杂化材料性能的影响等方面 都需要进一步的研究。随着人们对杂化材料的深入研 究及其新功能的不断开发, 它作为一种性能优异的新 型材料, 必将发挥更大的作用。
新型杂化材料的研究进展
2.无机 2.无机-有机杂化材料结构表征 无机-
图谱分析（FT-IR分析） 分析） 图谱分析（FT-IR分析 热分析（差热失重） 热分析（差热失重）
电镜（透射扫描电镜分析） 电镜（透射扫描电镜分析）
1.FT-IR分析 1.FT-IR分析
a 、PVAc
b、 b、 PVAc/SiO2
PVAc 和PVAc/SiO2杂化材料的傅立叶红外光谱图
新型无机-有机杂化材料 新型无机-有机杂化材料
有机有机-无机杂化材料实现了有机高分子材料和无机材料分 子级的复合 光学透明性、 光学透明性、可调折射率及热力学性能优越
综合了无机、有机和纳米材料的 综合了无机、 优良特性 具有良好的机械、光、电、磁等 具有良好的机械、 功能特性 材料的形态和性能可在相当大的 范围内调节
⑥金属氧化物与金属烷氧化物制备的
杂化材料
在细小的金属氧化物表面有高浓度的OH或M-OH基, 它们可以与金属烷氧化物形成M-O-M键。
（2）插层聚合法
基本原理:利用层状无机物（如粘土、 基本原理:利用层状无机物（如粘土、云 母等机相，将有机物（高聚物或单体） 母等机相，将有机物（高聚物或单体）作为另 一相插入无机相的层间，制得高聚物/ 一相插入无机相的层间，制得高聚物/无机物 层型杂化材料的方法层状金属盐类和 V2O5,Mn2O3 氧化物）作为无。 氧化物）作为无。
2.差热失重 2.差热失重
不同SiO 不同SiO2含量杂化材料的热失重曲线
3.透射扫描电镜分析 3.透射扫描电镜分析
无机粒子在杂化材料中的形态和尺寸 有机物和无机物所形成交联网络的情况 无机物、有机无机物、有机-无机及其他组成配比对杂化材 料的影响 确定最佳的组成配比和制备工艺
有机-无机杂化材料
2021/4/9
9
1.1 原位法
原位法是无机物前驱体与有机物在共溶 剂中均匀混合后再进行溶胶、凝胶化而 制得杂化材料的方法。
关键：选择具有良好溶解性能的共溶剂。
2021/4/9
10
1.2 溶胶-原位聚合法
有机高分子单体与无机溶胶均匀混 合后再引发单体聚合形成杂化材料 的方法。该方法也可在单体或无机 溶胶的金属原子（M）上引入交联剂、 螯合剂，增进聚合物-无机材料的相 容性。
2021/4/9
21
二.应用
*光学材料 *陶瓷材料 *凝胶材料 *生物材料
2021/4/9
22
光学材料
SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2等与聚甲基丙烯酸甲 酯、聚丙烯酸酯等光学透明高分子材料进行杂 化所得到的有机无机材料既具有高分子材料透 光性、柔韧性、易加工性等优点,又有无机光 学材料的高硬度、高模量、高耐划痕等机械性 能及优良的耐热、透气及对紫外光的吸收性能, 可用于光学透明材料。
它是通过聚合物熔体、溶液 或乳液将高聚物直接嵌入到 无机物片层的方法。
2021/4/9
16
3. 共混法
共混法类似于聚合物的共混改型，是有 机物（聚合物）与无机纳米粒子的共混， 该方法是制备杂化材料最简单的方法， 适合以各种形态的纳米粒子。为防止无 机纳米粒子的团聚，需对其表面进行改 性处理。
2021/4/9
杂化材料 制备进展
2021/4/9
1
杂化材料
*杂化材料二十世纪八十年代开 始兴起的一种新型材料
*该种材料尚没有统一严密的概 念，一般认为它是无机和有机成 分互相结合，特别是在微观尺寸 上结合得到的一类材料。
2021/4/9
2
*对无机和有机材料在宏观尺寸上 进行复合，以期改进单一材料的不 足，已经有相当长的历史。
有机无机杂化PPT.
• 复合：？？
广义的理解为微观、介观尺度以上的一切体系的相互作用； 狭义的理解：现代材料科学引用复合的概念主要相对于不同 相、不同物质之间的组合。
பைடு நூலகம்
人类对客观世界的认识的两 个层次……
宏观领域（
Macroscopical Domain）
肉眼观察的范围
介观领域
(3)开放性骨折，卞是骨折的地方的皮肤或粘膜破裂，骨头已露出，这时在临时进行固定处理时，不要将露出的骨头放回伤口内，以防
造成感染，要赶快送有到医机院治组疗。分可以提供 柔韧性
（4）在进行单、双杠和跳高训练时，器械下面必须准备好厚度符合要求的垫子，如果直接跳到坚硬的地面上，会伤及腿部关节或后脑
化学反应性 。做单、双杠动作时，要采取各种有效的方法，使双手握杠时不打滑，避免从杠上摔下来，使身体受伤。
有机无机杂化
主要内容
概述（概念、特点、分类等） 有机无机杂化材料的合成（合成方法、原理） 有机无机杂化材料在各领域的应用
1. 概述
杂化材料：
❖杂化材料是二十世纪八十年代开始兴起 的一种新型材料。
❖该种材料尚没有统一严密的概念，一般 认为它是无机和有机成分相互结合，特别 是在微观尺寸上结合得到的一类材料。
杂化与复合
• 杂化：杂化材料是一种均匀的多相材料， 其中至少有一相的尺寸和维度在纳米数量 级，纳米相与其它相间通过化学作用与物 理作用在纳米水平上复合。
• 两种以上不同种类的有机、无机、金属材 料，在原子、分子水平上杂化，产生具有 新型原子、分子集合结构的物质，含有这 种结构要素的物质称为杂化材料。
继Schmidt,Wilkes之后，众多的研究者对杂化材料进行了探索， 通过多种方法 制备得到了多种有机组分，包括有机短链和聚 合物链和多种无机组分如SiO2 、 TiO2相互结合的杂化材料
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
有机改性杂化介孔材料用于催化的优点
(1)催化剂在反应中保持固态,易从液相中分离 (2)可以再生及循环使用 (3)催化剂由于被嵌入骨架中,因此在择型催化上有专一性 (4)催化剂受孔道的保护,其稳定性得到改善
催化应用
王虹苏[2]等采用直接合成的方法，制备出了HMS型有机无机杂化介孔碱性催化材料。采用多种手段对材料进 行表征，并通过典型的 2,-羟基苯基甲基酮和苯甲醛 缩合制备黄烷酮的反应对其进行催化活性测试。
吸附材料
中孔分子筛的表面由于有大量的硅羟基，因此其亲水 性很强，通过表面功能化后，其亲水性会改变。利用 这一原理，可把不同极性的液体分离。 Lim[4]等的研究表明,乙烯基改性的MCM-41对有机非极 性物质的吸附性很强,基于这种特点,乙烯基改性的 MCM-41及其相关的材料有可能在除去水中少量有机组 份方面发挥作用。
Zhao[3]等对硅烷基化修饰的MCM-41的吸附性质进行了 系统的研究,MCM-41被三甲基硅烷改性后具有很强的疏 水性,且对非极性的有机物表现出很好的吸附能力,这 种材料可用于除去废水及高湿度气体中的挥发性有机 物。
环保领域
用于对重金属离子、放射性核素以及有机溶剂的吸附（高吸附能 力、吸附的专一性） 原理：用于吸附重金属离子的中孔材料的表面含HSCH2CH2CH2 — 基团 ,而HS对重金属离子有很强的亲和力。 Feng等[5]首次报道了将—SH嫁接于介孔材料MCM-41上,得到的吸 附剂对Hg2+的最高吸附量达到505mg/g,用其处理含 Hg2+(0.5— 12ppm)的水溶液,处理后水中Hg2+浓度低于0.005ppm ,符合饮用水 标准。
Li等对TiO2 表面的羟基进行活化，然后用氨丙基三乙氧基硅烷对 其进行修饰，从而制得了PANI/SAM-TiO2 杂化材料。结构分析表明 PANI和TiO2之间生成了化学键，杂化材料具有良好的热稳定性能， 在可见光区有高吸收，并且在太阳光下表现出优异的光催化活性.
在绿色催化方面,可以将金纳米颗粒引入到硫醚功能化 的PMOs(PMOs, periodic mesoporous organosilicas) 孔道中。Richards等发现这类材料不仅是一种非常高 效的醇类选择氧化催化剂;而且对于烷烃的绿色氧化也 非常高效,在十六烷的氧化中,TOF可达892h-1,循环三 次后活性没有明显的降低。
除硫醚功能化介孔材料外,美国的Jaroniec等合成了含 有异氰尿酸功能基团(硅酯25)的PMOs材料,该材料对 Hg2+的吸附量可达1800mg/g。
光学材料
在有机-无机杂化介孔材料中引入憎水性的有机基团，大大降低 材料的介电常数，因此有机-无机杂化介孔膜材料将有可能在非 线性光学材料领域有潜在的应用价值。 曹峰[6]等人制备了一种新型的光敏聚酰亚胺/二氧化硅杂化材料 ，该材料除保持光敏聚酰亚胺原有的感光性能外，其热稳定性能 、力学性能及与基底的粘附性能均有明显地提高。
Walcarius等利用氨丙基及乙二胺对介孔材料进行改性 ,得到的材料对Cu2+具有良好的选择吸附性,可以对水 中的Cu2+进行跟踪定量检测。将γ -氯丙基嫁接在介孔 材料HMS上形成CPS-HMS ,对水中三氯甲烷的去除非常 有效。
CPS-HMS对三氯甲烷和苯酚的吸附速率曲线
施剑林研究小组报道了使用P123为模板剂,在酸性条件 下通过TESPTS(硅酯31)与TEOS共聚合成硫醚功能化介 孔材料，所得材料对Hg2+的吸附量高达2700mg/g , 对 其他重金属离子如Cd2+、Zn2+、Pb2+、Cu2+都有一定的 吸附。
第三类：在上述第一类和第二类杂化材料中加入掺杂物（有机的或 无机的）时，掺杂组分嵌入无机/有机杂化基质中得到此类杂化材
料。
功能
有机- 无机杂化材料由于其特殊的形态结构使其具有 优异的力学性能、热学性能、电学性能、光学性能， 主要应用于： 光学材料、电学材料、涂层材料、催化材料、磁性材 料、生物材料、化学传感器等。
无机材料和有机材料在纳米尺度结合的复合材 料，两相间存在强的作用力或形成互穿网络结 构。
分类
根据其两相间的结合方式和组成材料的组分 可分为如下三类：
第一类：有机分子或聚合物简单包埋于无机基质中，无机/有机两 组分之间通过弱键，如范德华力、氢键或离子间作用力而互相连接。
第二类：无机组分与有机组分之间通过强的化学键（如共价键或离 子—共价键）结合，有机组分通过化学键嫁接于无机网络中，而不 是简单包裹于无机基质中。
表面活性剂有机—无机杂化材料研究进展
主要内容
概念 功能 相关应用 合成方法 研究展望 参考文献
有机—无机杂化材料
在20世纪70年代末, 出现了聚合物-SiO2的杂 化材料, 但当时还没有杂化材料的概念。1984 年,Schmidt等人首先提出了有机-无机杂化材 料的概念。
Scheme of adsorbing heavy metal ions using mesoporous materials
Stein、Liu、Mercier、Pinnavaia 等研究小组通过共 聚或嫁接的方法将—SH引入MCM-41、SBA-15、MSU、 HMS上,合成的杂化介孔材料都能有效吸附 Hg2+、Pb2+ 、Ag+、Cd2+、Cu2+等重金属离子。
合成方法：以十八胺为模板剂，BTMSPA为有机硅源， 通过与正硅酸乙酯共缩合合成。 BTMSPA ：Bis[3-(trimethoxysilyl)propyl]amine
Am0-HMS无硅源, Am1-HMS, Am2-HMS, Am3-HMS有机硅源量逐渐增加。
Sullivan等把用磷酸修饰的有机-无机杂化材料((HO)SiCH2CHPO (OH)2CH2CH2SiO2(OH)n)，作为固体酸催化剂，用于片那醇的重排， 转化率可达80%。
基团通过嫁接或共聚的方法引入到氧化硅基介孔 材料的孔表面或材料的骨架中，形成有机-无机杂化氧 化硅基介孔材料。
有机基团的引入不仅可以作为活性中心，而且可以对 介孔材料的表面性质(亲/憎水性)和孔径进行调变从而 在催化反应中表面出更好的活性、选择性、稳定性。