超疏水材料的合成与性能研究

超疏水亲油性材料研究的进展　韦映杨娟　向晴罗正龙孙初锋（西北民族大学化工学院，甘肃兰州７３００３０）　摘要：本文主要对近年来国内外超疏水亲油性材料性能的　研究，以及超疏水纳米材料的改进和其应用进行综述；并分析比　较目前各种超疏水性材料的制备方法。　关键词：超疏水表面；研究方向；制备方法；分析　固体物质表面具有浸润性能，这种性能是由物质表面的化　学组成和微观几何结构决定的。目前对固体物质表面具有特　殊浸润性能材料的研究层出不穷，如何调控固体材料表面结构　使其具有特殊浸润性，特别是使材料具有超疏水性能的研究备　受科学家们关注。所谓超疏水性是指物质表面与水的接触角　大于１５０。，而与油类液体接触角非常小。可是因为油状液体拥　有很低的表面张力，超疏水性材料的表面对于油状物的低表面　很难保持较高的疏水性，故很难达到要求的效果。由于这一特　性致使超疏水材料在应用中受到很大的阻碍，故对超疏水性表　面的研究已经成为相关领域关注的热点…。　目前关于疏水表面的研究方向以下四种：一是利用无机物　或者在其他物质表面制备出具有超疏水性能表面物质。如利　用特殊的改性技术改性织物或固体表面，制备出疏水性物质；　二是研究利用自然界中具有超疏水表面的植物和动物，利用其　天然进化而成的超疏水表面结构开发具有超疏水性的新型材　料。如高雪峰　等人对包括荷叶、蝉翼、水稻叶、水黾腿的研究，　成功制得了超疏水性能材料，该材料具有较高的自清洁表面能　力，拥有滚动各向异性表面、高黏附性超疏水表面等特殊性能；　三是利用高分子材料制备出具有超疏水性的材料表面，如陈兴　隆　。等人利用表面亲油纳米二氧化硅改变岩石表面润湿性的研　究。四是相关方面的理论研究，主要是利用构建模型等手段，来　研究探讨表面结构状况和接触角或者滚动角之间的关系。　１．制备方法　超疏水亲油表面是一种特殊的固体，这种现象也比较特　殊。理论上有以下两种制备途径：一种是利用化学手段，在粗　糙的物质的表面进行相关修饰，用以改变物质的疏水性能，达　到使物质表面具有超疏水性的目的；另一种是在疏水表面构建　粗糙结构。目前有较多成熟的制备超疏水技术，如超疏水仿生　材料法、化学物质修饰法、液相法等，在此对这几种的方法加以　简单的评述。　１．１超疏水仿生材料　该方法是利用自然界中具有超疏水表面的植物或动物得出　灵感而制备出超疏水性表面膜，最成功的是根据荷叶的天然自　洁能力得出的灵感，Ｊｉａｎｇ　等人利用聚苯乙烯为原料，再添加一　定量的溶剂之后，制备出与荷叶具有相似功能的疏水性材料。　科学家还通过对蝉、水黾、水稻叶子等天然对疏水动植物进行研　究，期望通过探索天然超疏水生物表面的奥秘用以制备出人工仿　生的超疏水表面，该方法需要对生物进行透彻研究，需要了解物　质的物理结构，化学结构，将宏观物质微观化，且建立明确的体系　与数学模型，故给该方面的研究增加很大难度，但是由于前面研　究的发现，该方法又具有很大的研究价值和意义。　１＿２化学物质修饰法　该方法是利用低表面能物质（如十二烷基硫醇、全硅氟烷）　等物质对固体表面进行修饰，使其具有超疏水性能。如张亚南　等人利用简单的热解法，制备出具有纳米结构的大面积碳膜，　然后再在膜表面利用氟硅烷进行表面修饰，制备出了大面积的　超疏水纳米材料。这种化学修饰法操作简单可行，反应条件要　求不高，设备简单常见，而且制备出的材料可以重复使用，成本　较低，故易于投入规模生产，有利于工业化。　１．３液相法　该法是利用溶液胶一凝胶法制备薄膜时，利用热处理、沸水　处理、脂肪酸修饰等方法制备出具有超疏水性能的薄膜。该方　法不仅能够使物质表面具有超疏水性，而且在一定条件下，如　在真空紫外光照和暗室保存的循环作用下，可以使物质表面在　超疏水　超亲水性能间的相互逆转变等效果。该方法不仅能改　变膜的疏水性能，而且能通过利用不同的反应条件，能对纳米　膜表面的形貌、轴方向、结构进行不一样的改性，这种方法有望　在微流体器件上进行广泛的应用。　２．结语　随着科技的发展，超疏水材料在各个领域具有广泛的影　响，逐渐深入人们的生活。然而，这些材料目前还面临着很多　困难，如技术复杂、生产成本过高等缺陷，使得技术难以投入生　产，无法达到规模化。因此对超疏水亲油等新型材料进行更进　一步深化研究改良也就具有十分重要的现实意义。　参考文献：　［１］卢晟，李梅．超疏油表面研究进展Ⅲ．上海：材料导报，　２０１３，２７（６）：１３．　［２］高雪峰　江雷．大面积超疏水性纳米结构碳膜的制备与　表征『Ｊ］．物理　２００６，３５（７）：５５９－５６４．　［３］陈兴隆，秦积舜，李治平．表面亲油纳米二氧化硅改变岩　石表面润湿性的研究［Ｊ】．油田化学，２００５，２２（４）．　冯琳．超疏水天然材料【Ｄ］．北京：中国科学院物理研究所．　２００５．　［４］Ｎａｋａｊｉｍａ　Ａ．，Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ　Ａ．，Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ　Ｋ．，ｅｔ　ａ１．．Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．　Ⅲ，１９９９，ｌ　１：１３６５—１３６８．　［５］张亚南，夏帆，王女，等．大面积超疏水性纳米结构碳膜　的制备与表征　．高等学校化学学报，２００７，２８：５６８—５７０．　项目来源：国家级大学生创新创业计划项目，项目编号：　２０１４１０７４２０Ｏ１。　作者简介：韦映（１９９２一），女，现就读于西北民族大学化工学院。　２０１５：Ｉ￣１Ｅ２月化善　珲Ｉ　

2018年10

月工艺管控四氧化三钴纳米材料的合成及其性能的研究王艳（成都师范学院，四川成都611100）摘要：光催化裂解产生氧气和氢气是实现光能化学能转换的最佳途径。要实现水氧化裂解需要较高的活化能，从而开发新型的非贵金属的高效光解水催化剂，对提高产氢速率的实际应用是至关重要的。钴基催化剂具有超高的催化活性和催化稳定性，设计具有多级纳米多孔结构的光催化材料受到学者的瞩目。本文采用自模板合成法，以六水合硝酸钴为原料合成超薄多孔纳米四氧化三钴空心球，并通过X-射线衍射、场发射扫描电子显微镜和高分辨率的透射电子显微镜等手段对其进行表征。结果表面纳米粒子尺寸越小，光催化活性位点越多，催化活性越好。通过氮气吸附脱附曲线可知，样品的比表面积为53.8m3/g，是一个H3型的滞后环。对氧气进行光催化析出氧气测试，结果表明结晶度较差的样品Co-T@250的催化活性较好。电催化水氧化测试可知，采用10mA/cm2工作电流，过电势的值为0.4V。采用2,2-bipyridine作为光敏化剂，可见光照射，产氢速率较高。关键词：光催化；氢气析出；纳米粒子；四氧化三钴1第1章1.1光催化的原理概述电子被激发从价带跃迁到导带的机理过程如图1.1所示。太阳光辐射在半导体的纳米材料上，当半导体的禁带宽度小于等于吸收光子的能量时，由于能量的激发产生电子-空穴对，受到激发的电子跃迁至纳米材料的表面，产生异相的光催化。电子被激发产生空穴，在迁移到材料表面的过程中产生吸附作用，能够吸附样品表面的无机物或者有机物。半导体材料给出一个电子去还原电子受体，从而实现催化反应；光生空穴具有氧化作用，可以直接氧化目标反应物。电子-空穴的复合过程，可以在半导体材料的表面或者内部进行，要解决光生电荷迁移速率，必须考虑导带和价带的吸收边[4-6]。1.2过渡金属氧化物光解水研究现状已有研究工作表明，全光解水效率不高。主要原因是光解水由产氢的半反应和产氧的半反应决定的。如何提高水还原产氢及水氧化产氧的效率是非常有意义的研究。

ZnS纳米材料的可控合成及光电性能的研究

ZnS纳米材料的可控合成及光电性能研究

一、实验目的

（1） 了解ZnS纳米晶的结构特点、性能及用途；

（2） 了解并掌握缓释合成ZnS纳米晶的原理和方法；

（3） 掌握纳米ZnS光电性能研究的方法

（4） 练习称量，溶解，离心，干燥，定容等基本操作

（5） 熟悉酸度计，粒度测定仪，分光光度计的使用方法

（6） 了解利用光催化处理印染废水的原理和方法。

二、实验原理

传统的直接沉淀法制备ZnS粒子的反应过程可用以下方程式进行描述：

Zn2+ + S2- → ZnS

对于由Zn2+和S2-直接生成ZnS的快速沉淀过程，ZnS的生成可瞬间完成，其成核速率与生长速率很快，这种方法合成的ZnS会因为初始阶段混合的不均匀性而使产物粒子尺寸分布较宽。

为了避免上述现象，本实验通过液相法，首先将锌离子与络合剂EDTA生成络合物前躯体，可实现反应物反应前分子尺度的均匀混合。以硫代乙酰胺（TAA）为硫源，利用均匀沉淀法来制备ZnS纳米粒子。具体设计的反应式如下：

CH3CSNH2 → CH3CN + 2H+ + S2-

S2- + M2+ (M=Zn, Cd, Cu) → MS

从上述反应过程可以看出，均匀沉淀法原理是在一定条件下制得含有所需反应物的稳定前体溶液，通过迅速改变溶液的酸度和温度来促使颗粒大量生成，由于在这个过程中反应物可以实现分子尺寸的均匀混合；同时TAA释放硫源是缓慢进行的，使得反应过程变得可控，从而避免了由于沉淀剂的加入造成沉淀剂瞬时局部过浓现象，克服了传统也想直接沉淀法制备纳米材料的不足。

如果能找到一个合适的络合物，它能够与溶液中的Zn2+络合形成相对稳定的络合物前驱体，由于该络合物前驱体具有适当的稳定性，就可以实现反应物反应前贩子尺度的均匀混合。同时，通过改变外界条件，来实现Zn2+的缓慢释放，以达到TAA做硫源的相同效果。

第２７卷第４期　２０１２年８月　大学化学　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＣＨＥＭＩｓＴＲＹ　Ｖｏ１．２７　Ｎｏ．４　Ａｕｇ．２０１２　

超疏水固体表面的制作及形成机理的探讨　

——介绍一个新实验　

张嘉捷　何巧红赵璇方文军　

（浙江大学化学实验中心浙江杭州３１００５８）　

摘要以三棕榈酸甘油酯为原料，采用熔融．凝结法制备超疏水表面，对其形成机理进行了研究。采用接　触角测量、差示扫描量热和扫描电镜等技术，对超疏水表面的形成过程进行了跟踪、监测和分析。　关键词超疏水表面接触角　

本文介绍一个新的教学实验“超疏水固体表面的制作及形成机理的探讨”。开设此实验的目的是　

向学生介绍一些较为前沿的化学学科内容。目前，该实验已经过几届学生的预作，取得了较好的效果。　

学生在掌握了知识的同时，还可制备仿生荷叶，能在一定程度上提高学习化学的兴趣。　

表面的润湿性是与材料应用有关的一个重要性质。许多物理化学过程，如吸附、润滑、黏合、分散和　

摩擦等均与表面的润湿性密切相关。固体表面与本体相在性质上往往有很大差别，固体表面通常具有　

强的吸附力和特殊的润湿性。近年来。由于超疏水表面在自清洁表面、微流体系统和生物相容性等方面　

的潜在应用，有关超疏水表面的研究引起了极大的关注。　

超疏水表面一般指水滴的接触角大于１５０。并极易滚动的固体表面。荷叶、鸟类羽毛等动植物表面　

的疏水作用取决于固体表面的物质种类和微／纳米结构。仿生合成和制作具有类似荷叶斥水性能的超　疏水固体表面已成为一类功能材料的重要研究思路。例如。Ｆｕｒｓｔｎｅｒ等…以自然界中的超疏水植物叶　

面为模板，用有机硅复制了叶面的微结构，得到了形貌与天然叶面相似的各种人造表面。本文采用熔　

融．凝结法制备超疏水表面。并对其形成机理进行了探讨。　

１　实验目的　

①了解超疏水固体表面性能及其制备方法。　

②掌握表面润湿性和接触角等基本概念。　③学习接触角仪和差示扫描量热仪的使用方法。　

２实验原理　

固体表面的润湿性是固体表面的重要特征之一，是最为常见的界面现象，通常用固体表面的接触角