基于生物模板剪裁设计的分级多孔氧化物/金属复合材料的控制合成

运用生物模板合成结构特殊且具有独特性质的材料一直是交叉学科的研究热点．本项目选取具有挑战性的多组分金属/无机氧化物为目标材料，以纤维形态类生物体为模板，根据分子尺度设计的思路，通过分析生物纤维模板中的活性基团与前驱离子之间的静电吸引模式、几何晶格匹配性和特定界面的分子识别等，预测生物模板与前驱体之间的匹配度，并利用人工有机官能团，对特定生物模板进行分子尺度的剪裁设计。通过分段式气氛控制煅烧，实现具有生物特异分级多孔结构、载体和催化剂一体化合成、多组分高效金属／无机氧化物高效催化剂的控制合成，并对合成中涉及的生物模板与前驱体吸附模式、择优取向和界面分子识别机理进行深入分析。本项目研究将有利于丰富模板法合成材料的花样和种类。所合成的材料具有多级尺寸孔道，将极大改善催化中气相扩散传质。此外，载体和催化剂同步自支撑合成，可克服传统粉体催化剂易流失、难重复使用等难题。

材料研究者们对分级多孔材料一直持有极高的研究兴趣。分级多孔材料在催化、分离和传感器方面具有广泛的应用前景。同时含有大孔、介孔和微孔的分级多孔材料，其优异的孔道传输能力、高比表面积使其具有优异的催化吸附性能。天然生物材料在长期进化过程中，演化出独特的分级多孔结构。利用生物活性组分的导向作用，天然生物模板的形貌可在合成材料中得以复制。运用生物模板合成结构特殊且具有独特性质的材料，一直是交叉学科的研究热点。. 本项目以天然生物材料，如天然桑蚕丝、木棉纤维、花粉、纸巾纤维为形态导向模板，根据分子尺度设计的思路，通过分析生物纤维模板中的活性基团与前驱离子之间的静电吸引模式及特定分子团键合模式等，设计制备具有特殊分级孔道结构、刻印天然生物模板宏观形貌的Ni-Cu/ACFs、MgFe2O4/Fe2O3、ZnAl-LDH/ZnCo2O4、ZnFe2O4、MgAl-LDH/AlO(OH)/C、SnO2/C等系列金属及无机非金属吸附催化材料，并对材料的微观结构、合成中涉及的生物模板与前驱体吸附模式、分子自主装过程、模板脱除机理、吸附、微波诱导催化、光催化性能等进行深入分析。. 本项目的研究成果远远超出了计划书中的指标。在研期间，课题组获得了大量极具科学价值的结果和发现。在基金的资助下，在Biomass and Bioenergy、Chemical Engineering Journal、J. Mater. Chem. A、Sensors and Actuators B: Chemical等期刊上发表学术论文21篇，其中SCI收录16篇，EI收录2篇；获得山东省高校优秀科研成果二等奖一项、中国海洋局科学技术二等奖一项。获得国家发明专利授权10项。. 本项目研究将有利于丰富模板法合成材料的花样和种类。所合成的材料具有多级尺寸孔道，将极大改善催化中气相扩散传质。此外，载体和催化剂同步自支撑合成，可克服传统粉体催化剂易流失、难重复使用等难题，在催化、吸附领域具有广阔的应用前景。