自催化在材料研究中的應(yīng)用進(jìn)展

劉春雨,范傳剛

(濱州學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，山東 濱州 256603)

自催化在材料研究中的應(yīng)用進(jìn)展

劉春雨,范傳剛

(濱州學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，山東 濱州 256603)

介紹了自催化在合成/分解材料中的應(yīng)用, 對(duì)材料的合成/分解自催化性能進(jìn)行分析研究來(lái)說(shuō)明最近的研究進(jìn)展。

自催化；合成；分解；研究進(jìn)展

20 世紀(jì)90年代以來(lái)，以電子信息、新材料等技術(shù)為代表的高新技術(shù)已成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，高技術(shù)的發(fā)展又向各種材料提出了更多的要求。而在材料的合成中用到了關(guān)鍵的自催化反應(yīng)。自催化反應(yīng)由催化劑生成反應(yīng)和催化劑催化含能材料的催化反應(yīng)組成。隨著有機(jī)、無(wú)機(jī)、金屬和復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)的迅猛發(fā)展，其制備方法和應(yīng)用已成為近些年來(lái)物理、化學(xué)、材料和生命科學(xué)等多領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)；而有害物質(zhì)的分解中利用自催化反應(yīng)也成為關(guān)注熱點(diǎn)[1-6]。

1 在有機(jī)材料中的應(yīng)用

霍淑平等[7]采用一步法發(fā)泡制備了腰果酚-木質(zhì)素復(fù)合自催化型聚氨酯泡沫。該方法減少了叔胺類(lèi)和有機(jī)金屬化合物催化劑的添加[8-9]，且減少了泡沫中有機(jī)揮發(fā)物的揮發(fā)和改善泡沫氣味。王丹丹等[10]通過(guò)邁克爾加成方法制備了吡咯和吲哚。該法避免了酸催化和有機(jī)溶劑的使用，提高了產(chǎn)物的活性和產(chǎn)率。Kai Li等[11]利用自催化反應(yīng)制備凝膠，該法通過(guò)反應(yīng)物的初始濃度和側(cè)向預(yù)拉伸層決定凝膠層厚度，可控程度高。平清偉等[12]利用自催化乙醇精煉法從木質(zhì)纖維生物質(zhì)中分離木質(zhì)素。該法具有溶劑可回收利用、溶解性強(qiáng)、無(wú)污染的特點(diǎn)，而且可以獲得高價(jià)值的附加產(chǎn)物。王亮等[13]則利用常壓甘油自催化預(yù)處理木質(zhì)纖維素濃醪發(fā)酵纖維素乙醇。該法在避免低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑預(yù)處理時(shí)常見(jiàn)的高壓操作、易燃易爆和有毒易泄露等風(fēng)險(xiǎn)外，有助于同時(shí)推進(jìn)生物柴油和生物乙醇的商業(yè)化。

2 在無(wú)機(jī)材料中的應(yīng)用

S.Suomalainen等[14]利用自催化方法制備一維半導(dǎo)體納米線(xiàn)(NW)，該法有利于大規(guī)模人力資源開(kāi)發(fā)制造NW器件，特別是用于光電子中GaAs NW的摻雜。施衛(wèi)國(guó)等[15]通過(guò)熱蒸發(fā)法制備了一維納米金屬氧化物半導(dǎo)體。該方法的自催化生長(zhǎng)模式避免了引入其它過(guò)渡金屬催化劑，還能夠控制一維納米材料的直徑和長(zhǎng)度，方法簡(jiǎn)便可行性程度高。周鳴宇等[16]利用化學(xué)氣相沉積方法合成準(zhǔn)一維ZnO2納米材料，并利用自催化生長(zhǎng)修飾片的納米螺旋和納米線(xiàn)的生長(zhǎng)。該方法可以獲得具有新穎形貌的氧化鋅樣品；自催化形成修飾片。李林虎等[17]則采用化學(xué)氣相沉積法制備了氮化鎵納米線(xiàn)。該方法GaN晶核在Ga的自催化作用下逐漸生長(zhǎng)[18-19]合成氮化稼納米線(xiàn)結(jié)構(gòu)，遵循VLS生長(zhǎng)機(jī)制，反應(yīng)操作簡(jiǎn)單，避免其他雜質(zhì)的引入。Pavan Kumar Kasanaboina等[20]通過(guò)Ga輔助分子束外延制備稀土氮化物GaAs/GaAsSbN/GaAs核殼納米，該法具有減少帶隙和晶格參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)傳導(dǎo)和價(jià)帶偏移的獨(dú)立調(diào)諧。楊西萍等[21]利用采用檸檬酸鈉還原氯酸金的方法和調(diào)整還原劑量及種類(lèi)，還原金鹽(HAuCl4)的方法，制備了納米金膠體。該方法可以?xún)?yōu)選自催化條件，來(lái)放大檢測(cè)信號(hào)，提高其檢測(cè)靈敏度。

3 在復(fù)合材料中的應(yīng)用

Ali, Farmand等[22]通過(guò)自催化溶膠-凝膠法，制備了氨基硅烷官，該法提高了氨基硅烷官的熱、機(jī)械性能和穩(wěn)定性。Fu, Li-Shun等[23]通過(guò)自催化還原法和溶膠-凝膠法，合成了FeNi3/銦錫(ITO)復(fù)合納米粒子。該方法合成的FeNi3/ ITO復(fù)合納米粒子具有低紅外發(fā)射率和優(yōu)異的EMA性能。李丹揚(yáng)等[24]采用液相化學(xué)沉積法，制備了AP/Co MOF核殼型納米復(fù)合材料，并研究其對(duì)AP熱分解的自催化性能[25]。該方法合成的復(fù)合材料具有優(yōu)異的熱學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高AP熱分解的催化效率，包覆燃料層(Al)形成一個(gè)多層核殼結(jié)構(gòu)固體推進(jìn)劑。徐林煦等[26]采用自催化方法，制備了金屬粒子/二氧化硅納米復(fù)合材料。該方法實(shí)現(xiàn)連續(xù)自催化水解縮合反應(yīng)，自帶催化基團(tuán)和近中性的溫和反應(yīng)條件可以保證金屬粒子不被破壞。

3 結(jié)語(yǔ)

在材料制備、分解過(guò)程中利用產(chǎn)物自身的催化作用可以加快反應(yīng)的進(jìn)行，加快反應(yīng)速率，但是隨著研究的深入以及應(yīng)用的推廣，其本身所具有的缺陷也漸漸暴露出來(lái)，比如反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等問(wèn)題有待提高。這些問(wèn)題的解決，可通過(guò)助劑的添加或調(diào)解pH等方法，但是仍然有待進(jìn)一步研究。

[1] 李長(zhǎng)海. 自催化酞菁樹(shù)脂的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀探析[J].科協(xié)論壇: 下半月, 2012 (5): 33-34.

[2] Eisenreich, N. Beitrag zur kinetic therm ischer zersetzungseaktionen(Thermoanalytische auswertungder zersetzung von nitroczllulose) [D].M unich:Technical Universitv of M unich, 1978.

[3] Eisenreich N,Pfeil A． Non-linear least-squares fit of non-isothermal therm oanalytical curves reinvestigation of the kinetics of the autocatalytic decom position of nitrated cellulose[J]. T hermochim A cta,1983,61(1-2):13-21.

[4] WANG Hui-ya, ZHANG Hai, HU Rong-zu, et al. Estimation of the critical rate of tem perature rise for therm al explosion of apparent em piric-order autocatalytic decom posing reaction of nitrocellulose(12.97% N) using non-isothermal DSC[J]. Jouranal of Thermal Analysis and Calorimetry,2014,115:1099-1110.

[5] 胡榮祖, 姚二崗, 張 海, 等. 自催化反應(yīng)速率方程的導(dǎo)出途徑及其在含能材料熱行為研究中的應(yīng)用[J]. 含能材料, 2015, 23(9): 818-830.

[6] 楊 建. 官能側(cè)基化聚芳醚腈的合成與性能研究[D].成都:電子科技大學(xué), 2013.

[7] 霍淑平,陳 健,吳國(guó)民,等.腰果酚-木質(zhì)素復(fù)合自催化型聚氨酯泡沫的制備及性能研究[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),2017,37(2):2-8.

[8] CASATI F M, SWEDO R, BIRCH A, et al.Process for producing polyurethane products autocatalytic using tertiary amine capped polyether polyols: EP, 1669842B1[P]. 2004-12-22.

[9] CASATI F F M, SWEDO R J, BIRCH A J, et al.Tertiary amine capped polyether polyols: US, 0287762[P]. 2007-12-13.

[10] 王丹丹, 余章彪, 劉歡歡, 等. 無(wú)溶劑自催化合成吡咯或吲哚 Michael 加成產(chǎn)物[J]. 合成化學(xué), 2016, 24(11): 956-958.

[11] Li K, Wu P, Cai S. Chemomechanical oscillations in a responsive gel induced by an autocatalytic reaction[J]. Journal of Applied Physics, 2014 , 116 (4) :6379-6380.

[12] 平清偉, 王 春, 潘夢(mèng)麗, 等. 木質(zhì)纖維生物質(zhì)精煉中木質(zhì)素的分離及高值化利用[J]. 化工進(jìn)展, 2016 , 35 (1) :294-301.

[13] 王 亮, 劉建權(quán),張 喆, 等. 常壓甘油自催化預(yù)處理麥草濃醪發(fā)酵纖維素乙醇[J]. 生物工程學(xué)報(bào), 2015, 31(10): 1468-1483.

[14] Suomalainen S,Hakkarainen T V, Salminen T, et al. Te-doping of self-catalyzed GaAs nanowires[J]. Applied Physics Letters, 2015, 107(1): 012101.

[15] 施衛(wèi)國(guó), 鄧愛(ài)平. SnO2納米線(xiàn)節(jié)點(diǎn)的自催化分枝生長(zhǎng)研究[J]. 中國(guó)陶瓷, 2015, 51(8): 32-35.

[16] 周鳴宇, 王玉良, 李 慧, 等. 極性面導(dǎo)致新型納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)[J]. 海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào), 2014, 29(4): 397-400.

[17] 李林虎, 張 勃, 沈龍海. 基于無(wú)催化劑化學(xué)氣相沉積法的氮化鎵納米線(xiàn)制備和表征[J]. 井岡山大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2015, 36(1): 81-84.

[18] He M Q, Zhou P Z, Mohammad S N, et al. Growth of GaN nanowires by direct reaction of Ga with NH3[J].Journal of Crystal Growth, 2001, 231(3): 357-365.

[19] He M Q, Minus I, Zhou P Z, et al. Growth of large-scale GaN nanowires and tubes by direct reaction of Ga with NH3[J].Applied Physics Letters, 2000, 77(23):3731-3733.

[20] Kasanaboina P K, Ahmad E, Li J, et al. Self-catalyzed growth of dilute nitride GaAs/GaAsSbN/GaAs core-shell nanowires by molecular beam epitaxy[J]. Applied Physics Letters,2015,107(10):103111.

[21] 楊西萍, 展宗瑞. 納米金自催化生長(zhǎng)及其應(yīng)用研究[J]. 云南化工, 2014, 41(1): 30-33.

[22] Ali F, Saeed S, Saoud K M, et al. Control of Particle Size and Morphology in Compatiblized Self-Catalyzed Co-Polyimide/SiO2Nanocomposites[J]. J. Chem. Soc. Pak, 2014, 36(5): 810.

[23] Fu L S, Jiang J T, Zhen L, et al. FeNi 3/indium tin oxide (ITO) composite nanoparticles with excellent microwave absorption performance and low infrared emissivity[J].Materials Science and Engineering:B,2013,178(4):225-230.

[24] 李丹揚(yáng)，曾大文,李海濤. AP/ Co-MOF核殼型納米復(fù)合材料對(duì)AP熱分解的自催化性能[J].化學(xué)與生物工程，2016,33(07)：15-22

[25] Zheng M, Wang Z, Wu J, et al. Synthesis of nitrogen-doped ZnO nanocrystallites with one-dimensional structure and their catalytic activity for ammonium perchlorate decomposition[J]. Journal of Nanoparticle Research, 2010, 12(6): 2211-2219.

[26] 徐林煦.自催化反應(yīng)制備金屬粒子/二氧化硅復(fù)合材料及其再功能化[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2015.

(本文文獻(xiàn)格式：劉春雨,范傳剛.自催化在材料研究中的應(yīng)用進(jìn)展 [J].山東化工，2017，46(12)：68-69.)

Research Progress of Autocatalysis in Synthetic / Decomposition Materials

LiuChunyu,FanChuangang

(College of Chemical Engineering，Binzhou University， Binzhou 256600，China)

The application of autocatalysis in synthesis / decomposition materials was introduced. The recent research progress was analyzed by analyzing and synthesizing the synthesis / decomposition of materials.

autocatalysis; synthesis; decomposition; research progress

2017-04-13

劉春雨(1993—)，山東菏澤人，大學(xué)生，主要從事無(wú)機(jī)化學(xué)與化學(xué)分析。

TQ426

A

1008-021X(2017)12-0068-02