注册 English

气凝胶微球的制备及应用

王叙春 ,  李金泽 ,  李广勇 ,  王锦 ,  张学同 ,  郭强

downloadPDF
引用本文: 王叙春,  李金泽,  李广勇,  王锦,  张学同,  郭强. 气凝胶微球的制备及应用[J]. 物理化学学报, 2017, 33(11): 2141-2152. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705223 shu
Citation:  WANG Xu-Chun,  LI Jin-Ze,  LI Guang-Yong,  WANG Jin,  ZHANG Xue-Tong,  GUO Qiang. Fabrication and Performance of Various Aerogel Microspheres[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(11): 2141-2152. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705223 shu

气凝胶微球的制备及应用

  • 1.

    上海大学材料科学与工程学院, 上海 200444;

  • 2.

    中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 江苏 苏州 215123

  • 基金项目:

    国家自然科学基金（51572285，21373024，21404117）和科技部（2016YFA0203301）资助项目

摘要: 气凝胶由于其优异的理化性能和广阔的应用前景，近年来的发展十分迅速。然而传统的气凝胶多为块体材料，一定程度上忽略了特殊应用场景下对尺寸和形状的特定需求。将气凝胶材料制备成微球，一方面能够拓宽气凝胶材料的应用领域，另一方面也丰富了多孔微球材料的内涵。本文从几类主要的气凝胶体系（氧化硅气凝胶、纤维素气凝胶、间苯二酚-甲醛（RF）/碳气凝胶和石墨烯气凝胶）出发，综述了这些气凝胶微球的制备方法及其应用实例，并对气凝胶微球的研究现状及发展趋势做了简要评述。

English

    1. [1]

      (1) Kistler, S. S. Nature 1931, 127, 741. doi: 10.1038/127741a0

    2. [2]

      (2) Tewari, P. H.; Hunt, A. J.; Lofftus, K. D. Mater. Lett. 1985, 3 (9), 363. doi: 10.1016/0167-577X(85)90077-1

    3. [3]

      (3) Russo, R. E.; Hunt, A. J. J. Non-Cryst. Solids 1986, 86 (1), 219. doi: 10.1016/0022-3093(86)90490-4

    4. [4]

      (4) Smith, D. M.; Stein, D.; Anderson, J. M.; Ackerman, W. J. Non-Cryst. Solids 1995, 186, 104. doi: 10.1016/0022-3093(95)00040-2

    5. [5]

      (5) Pierre, A. C.; Pajonk, G. M. Chem. Rev. 2002, 102 (11), 4243. doi: 10.1021/cr0101306

    6. [6]

      (6) Wang, X.; Liu, L.; Wang, X.; Bai, L.; Wu, H.; Zhang, X.; Yi, L.; Chen, Q. J. Solid State Electrochem. 2010, 15 (4), 643. doi: 10.1007/s10008-010-1142-5

    7. [7]

      (7) Hrubesh, L. W.; Coronado, P. R.; Satcher, J. H., Jr. J. Non-Cryst. Solids 2001, 285 (1–3), 328. doi: 10.1016/S0022-3093(01)00475-6

    8. [8]

      (8) Husing, N.; Schubert, U. Angew. Chem. Edit. 1998, 37 (1-2), 23. doi: 10.1002/(SICI)1521-3773(19980202)37:1/2<22::AID-ANIE22>3.0.CO;2-I

    9. [9]

      (9) Cheng, C. M.; Vanderhoff, J. W.; EI-Aasser, M. S. J. Poly. Sci. 1992, 30, 245. doi: 10.1002/pola.1992.080300209.

    10. [10]

      (10) Okubo, M. T. N. Colloid & Polym. Sci. 1992, 270 (9), 853. doi: 10.1007/BF00657729

    11. [11]

      (11) Yun, S.; Luo, H.; Gao, Y. RSC Adv. 2014, 4 (9), 4535. doi: 10.1039/c3ra46911e

    12. [12]

      (12) Liao, S.; Zhai, T.; Xia, H. J. Mater. Chem. A 2016, 4 (3), 1068. doi: 10.1039/c5ta09540a

    13. [13]

      (13) Zhai, T.; Zheng, Q.; Cai, Z.; Xia, H.; Gong, S. Carbohydr. Polym. 2016, 148, 300. doi: 10.1016/j.carbpol.2016.04.065

    14. [14]

      (14) Alnaief, M.; Antonyuk, S.; Hentzschel, C. M.; Leopold, C. S.; Heinrich, S.; Smirnova, I. Microporous Mesoporous Mater. 2012, 160, 167. doi: 10.1016/j.micromeso.2012.02.009

    15. [15]

      (15) Vazhayal, L.; Talasila, S.; Abdul Azeez, P. M.; Solaiappan, A. ACS Appl. Mater. Inter. 2014, 6 (17), 15564. doi: 10.1021/am504422z

    16. [16]

      (16) García-González, C. A.; Jin, M.; Gerth, J.; Alvarez-Lorenzo, C.; Smirnova, I. Carbohydr. Polym. 2015, 117, 797. doi: 10.1016/j.carbpol.2014.10.045

    17. [17]

      (17) Kumar Rajanna, S.; Vinjamur, M.; Mukhopadhyay, M. J. Non-Cryst. Solids 2015, 429, 226. doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2015.09.015

    18. [18]

      (18) Alnaief, M.; Smirnova, I. J. Supercrit. Fluids 2011, 55 (3), 1118. doi: 10.1016/j.supflu.2010.10.006

    19. [19]

      (19) Wang, X.; Wang, X.; Liu, L.; Bai, L.; An, H.; Zheng, L.; Yi, L. J. Non-Cryst. Solids 2011, 357 (3), 793. doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2010.11.015

    20. [20]

      (20) Kim, N. K. J. Vac. Sci. Technol., A 1989, 7 (3), 1181. doi: 10.1116/1.576250

    21. [21]

      (21) Cai, H.; Sharma, S.; Liu, W.; Mu, W.; Liu, W.; Zhang, X.; Deng, Y. Biomacromolecules 2014, 15 (7), 2540. doi: 10.1021/bm5003976

    22. [22]

      (22) Soottitantawat, A.; Yamamoto, T.; Endo, A.; Ohmori, T.; Nakaiwa, M. Aiche J. 2007, 53 (1), 228. doi: 10.1002/aic.11053

    23. [23]

      (23) Schaefer, D. W.; Keefer, K. D. Phys. Rev. Lett. 1986, 56 (20), 2199. doi: 10.1103/PhysRevLett.56.2199

    24. [24]

      (24) Tsutsui, T.; Yahiro, M.; Yokogawa, H.; Kawano, K. Adv. Mater. 2001, 13 (15), 1149. doi: 10.1002/1521-4095(200108)13:15<1149::aid-adma1149>3.0.co;2-2

    25. [25]

      (25) Dorcheh, A. S.; Abbasi, M. H. J. Mater. Process. Technol. 2008, 199 (1-3), 10. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2007.10.060

    26. [26]

      (26) Gurav, J. L.; Jung, I. K.; Park, H. H.; Kang, E. S.; Nadargi, D.Y. J. Nanomater 2010, 2010, 11. doi: 10.1155/2010/409310

    27. [27]

      (27) Rotter, H.; Landau, M. V.; Herskowitz, M. Environ. Sci. Technol. 2005, 39 (17), 6845. doi: 10.1021/es0500052

    28. [28]

      (28) Landau, M. V.; Shter, G. E.; Titelman, L.; Gelman, V.; Rotter, H.; Grader, G. S.; Herskowitz, M. Ind. Eng. Chem. Res. 2006, 45 (22), 7462. doi: 10.1021/ie0606744

    29. [29]

      (29) Dong, Y.; Li, J.; Shi, L.; Wang, X.; Guo, Z.; Liu, W. Chem. Commun. 2014, 50 (42), 5586. doi: 10.1039/c4cc01408a

    30. [30]

      (30) Liu, N.; Lin, X.; Zhang, W.; Cao, Y.; Chen, Y.; Feng, L.; Wei, Y. Sci. Rep. 2015, 5, 9688. doi: 10.1038/srep09688

    31. [31]

      (31) Si, Y.; Guo, Z. Chem. Lett. 2015, 44 (7), 874. doi: 10.1246/cl.150223

    32. [32]

      (32) Malafaya, P. B.; Silva, G. A.; Reis, R. L. Adv. Drug Del. Rev. 2007, 59 (4-5), 207. doi: 10.1016/j.addr.2007.03.012

    33. [33]

      (33) Mohamadnia, Z.; Zohuriaan-Mehr, M. J.; Kabiri, K.; Jamshidi, A.; Mobedi, H. J. Bioact. Compat. Polym. 2007, 22 (3), 342. doi: 10.1177/0883911507078519

    34. [34]

      (34) Klemm, D.; Heublein, B.; Fink, H.-P.; Bohn, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44 (22), 3358. doi: 10.1002/anie.200460587

    35. [35]

      (35) Cai, J.; Kimura, S.; Wada, M.; Kuga, S.; Zhang, L. Chemsuschem 2008, 1 (1-2), 149. doi: 10.1002/cssc.200700039

    36. [36]

      (36) Paakko, M.; Vapaavuori, J.; Silvennoinen, R.; Kosonen, H.; Ankerfors, M.; Lindstrom, T.; Berglund, L. A.; Ikkala, O. Soft Matter 2008, 4 (12), 2492. doi: 10.1039/B810371B

    37. [37]

      (37) Olsson, R. T.; Azizi Samir, M. A. S.; Salazar Alvarez, G.; Belova, L.; Strom, V.; Berglund, L. A.; Ikkala, O.; Nogues, J.; Gedde, U. W. Nat. Nano 2010, 5 (8), 584. doi: 10.1038/nnano.2010.155

    38. [38]

      (38) Egal, M.; Budtova, T.; Navard, P. Biomacromolecules 2007, 8(7), 2282. doi: 10.1021/bm0702399

    39. [39]

      (39) Sehaqui, H.; Zhou, Q.; Berglund, L. A. Compos. Sci. Technol. 2011, 71 (13), 1593. doi: 10.1016/j.compscitech.2011.07.003

    40. [40]

      (40) Yu, P.; Zhu, K.; Norman, A. G.; Ferrere, S.; Frank, A. J.; Nozik, A. J. J. Phys. Chem. B 2006, 110 (50), 25451. doi: 10.1021/jp064817b

    41. [41]

      (41) Chandiran, A. K.; Comte, P.; Humphry-Baker, R.; Kessler, F.; Yi, C.; Nazeeruddin, M. K..; Grätzel, M. Adv. Funct. Mater. 2013, 23 (21), 2775. doi: 10.1002/adfm.201202956

    42. [42]

      (42) Mrowetz, M.; Balcerski, W.; Colussi, A. J.; Hoffmann, M. R. J. Phys. Chem. B 2004, 108 (45), 17269. doi: 10.1021/jp0467090

    43. [43]

      (43) Li, X. Z.; Li, F. B. Environ. Sci. Technol. 2001, 35 (11), 2381. doi: 10.1021/es001752w

    44. [44]

      (44) Iskandar, F.; Nandiyanto, A. B. D.; Yun, K. M.; Hogan, C. J.; Okuyama, K.; Biswas, P. Adv. Mater. 2007, 19 (10), 1408. doi: 10.1002/adma.200601822

    45. [45]

      (45) Lotus, A. F.; Feaver, R. K.; Britton, L. A.; Bender, E. T.; Perhay, D. A.; Stojilovic, N.; Ramsier, R. D.; Chase, G. G. Mater. Sci. Eng. B 2010, 167 (1), 55. doi: 10.1016/j.mseb.2010.01.027

    46. [46]

      (46) Sescousse, R.; Gavillon, R.; Budtova, T. Carbohydr. Polym. 2011, 83 (4), 1766. doi: 10.1016/j.carbpol.2010.10.043

    47. [47]

      (47) Cai, H.; Mu, W.; Liu, W.; Zhang, X.; Deng, Y. Inorg. Chem. Commun. 2015, 51, 71. doi: 10.1016/j.inoche.2014.11.013

    48. [48]

      (48) Liu, J.; Wickramaratne, N. P.; Qiao, S. Z.; Jaroniec, M. Nature Mater. 2015, 14 (8), 763. doi: 10.1038/nmat4317

    49. [49]

      (49) Nieto-Márquez, A.; Romero, R.; Romero, A.; Valverde, J. L. J. Mater. Chem. 2011, 21 (6), 1664. doi: 10.1039/c0jm01350a

    50. [50]

      (50) Motahari, S.; Nodeh, M.; Maghsoudi, K. Desalin.Water Treat. 2016, 57 (36), 16886. doi: 10.1080/19443994.2015.1082506

    51. [51]

      (51) Tang, J.; Xie, Z.; Du, A.; Ye, J.; Zhang, Z.; Shen, J.; Zhou, B. J. Fusion Energy 2016, 35 (2), 357. doi: 10.1007/s10894-015-0037-y

    52. [52]

      (52) Lorjai, P.; Chaisuwan, T.; Wongkasemjit, S. J. Sol-Gel Sci. Technol. 2009, 52 (1), 56. doi: 10.1007/s10971-009-1992-4

    53. [53]

      (53) Wu, X.; Jia, W. Chem. Eng. J. 2014, 245, 210. doi: 10.1016/j.cej.2014.02.032

    54. [54]

      (54) Horikawa, T.; Hayashi, J.; Muroyama, K. Carbon 2004, 42(1), 169. doi: 10.1016/j.carbon.2003.10.007

    55. [55]

      (55) Xia, S, Y.; Cheng, X, H.; Song, H, H. Carbon Tech. 2005, 24(6), 5. [夏三宇, 陈晓红, 宋怀河. 炭素技术, 2005, 24, 5.]doi: 10.14078/j.cnki.1001-3741.2005.06.002

    56. [56]

      (56) Hou, H, Q.; Wang, C, Y.; Tang, Y, J.; Fu, Z, B.; Zhou, Y. Mater. Rev. 2009, 23 (20), 85. [候海乾, 王朝阳, 唐永建, 付志兵, 周莹. 材料导报, 2009, 23, 85.]

    57. [57]

      (57) Novoselov, K. S.; Geim, A. K.; Morozov, S. V.; Jiang, D.; Zhang, Y.; Dubonos, S. V.; Grigorieva, I. V.; Firsov, A. A. Science 2004, 306 (5696), 666. doi: 10.1126/science.1102896

    58. [58]

      (58) Chen, D.; Feng, H.; Li, J. Chem. Rev. 2012, 112 (11), 6027. doi: 10.1021/cr300115g

    59. [59]

      (59) Georgakilas, V.; Otyepka, M.; Bourlinos, A. B.; Chandra, V.; Kim, N.; Kemp, K. C.; Hobza, P.; Zboril, R.; Kim, K. S. Chem. Rev. 2012, 112 (11), 6156. doi: 10.1021/cr3000412

    60. [60]

      (60) Balandin, A. A.; Ghosh, S.; Bao, W.; Calizo, I.; Teweldebrhan, D.; Miao, F.; Lau, C. N. Nano Lett. 2008, 8 (3), 902. doi: 10.1021/nl0731872

    61. [61]

      (61) Bolotin, K. I.; Sikes, K. J.; Jiang, Z.; Klima, M.; Fudenberg, G.; Hone, J.; Kim, P.; Stormer, H. L. Solid State Commun. 2008, 146 (9-10), 351. doi: 10.1016/j.ssc.2008.02.024

    62. [62]

      (62) Stoller, M. D.; Park, S.; Zhu, Y.; An, J.; Ruoff, R. S. Nano Lett. 2008, 8 (10), 3498. doi: 10.1021/nl802558y

    63. [63]

      (63) Li, G. Y.; Wu, X. H.; He, W. N.; Fang, J. H.; Zhang, X. T. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 2146. [李广勇, 吴晓涵, 何伟娜, 方建慧, 张学同. 物理化学学报, 2016, 32, 2146.] doi:10.3866/PKU.WHXB201605243

    64. [64]

      (64) Nardecchia, S.; Carriazo, D.; Luisa Ferrer, M.; Gutierrez, M.C.; del Monte, F. Chem. Soc. Rev. 2013, 42 (2), 794. doi: 10.1039/c2cs35353a

    65. [65]

      (65) Jiang, L.; Fan, Z. Nanoscale 2014, 6 (4), 1922. doi: 10.1039/c3nr04555b

    66. [66]

      (66) Li, C.; Shi, G. Adv. Mater. 2014, 26 (24), 3992. doi: 10.1002/adma.201306104

    67. [67]

      (67) Zhang, X.; Sui, Z.; Xu, B.; Yue, S.; Luo, Y.; Zhan, W.; Liu, B. J. Mater. Chem. 2011, 21 (18), 6494. doi: 10.1039/c1jm10239g

    68. [68]

      (68) Hu, H.; Zhao, Z.; Wan, W.; Gogotsi, Y.; Qiu, J. Adv. Mater. 2013, 25 (15), 2219. doi: 10.1002/adma.201204530

    69. [69]

      (69) Wu, Z.S.; Yang, S.; Sun, Y.; Parvez, K.; Feng, X.; Muellen, K. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134 (22), 9082. doi: 10.1021/ja3030565

    70. [70]

      (70) Yin, H.; Zhang, C.; Liu, F.; Hou, Y. Adv. Funct. Mater. 2014, 24 (20), 2930. doi: 10.1002/adfm.201303902

    71. [71]

      (71) Zhang, X.; Liu, D.; Yang, L.; Zhou, L.; You, T. J. Mater. Chem. A 2015, 3 (18), 10031. doi: 10.1039/c5ta00355e

    72. [72]

      (72) Sun, R.; Chen, H.; Li, Q.; Song, Q.; Zhang, X. Nanoscale 2014, 6 (21), 12912. doi: 10.1039/c4nr03322a

    73. [73]

      (73) Gao, S.; Wang, K.; Du, Z.; Wang, Y.; Yuan, A.; Lu, W.; Chen, L. Carbon 2015, 92, 254. doi: 10.1016/j.carbon.2015.04.034

    74. [74]

      (74) Jung, S. M.; Mafra, D. L.; Lin, C. T.; Jung, H. Y.; Kong, J. Nanoscale 2015, 7 (10), 4386. doi: 10.1039/c4nr07564a

    75. [75]

      (75) Lee, W. S. V.; Peng, E.; Choy, D. C.; Xue, J. M. J. Mater. Chem. A 2015, 3 (37), 19144. doi: 10.1039/c5ta06072a

    76. [76]

      (76) Mi, X.; Huang, G.; Xie, W.; Wang, W.; Liu, Y.; Gao, J. Carbon 2012, 50 (13), 4856. doi: 10.1016/j.carbon.2012.06.013

    77. [77]

      (77) Li, J.; Li, J.; Meng, H.; Xie, S.; Zhang, B.; Li, L.; Ma, H.; Zhang, J.; Yu, M. J. Mater. Chem. A 2014, 2 (9), 2934. doi: 10.1039/c3ta14725h

    78. [78]

      (78) Dragoman, M.; Ghimpu, L.; Obreja, C.; Dinescu, A.; Plesco, I.; Dragoman, D.; Braniste, T.; Tiginyanu, I. Nanotechnology 2016, 27 (47). doi: 10.1088/0957-4484/27/47/475203

    79. [79]

      (79) Wu, S.; Ladani, R. B.; Zhang, J.; Ghorbani, K.; Zhang, X.; Mouritz, A. P.; Kinloch, A. J.; Wang, C. H. ACS Appl. Mater. Inter. 2016, 8 (37), 24853. doi: 10.1021/acsami.6b06012

    80. [80]

      (80) Xu, X.; Yan, S.; Wang, B.; Qu, P.; Wang, J.; Wu, J. J. Nanosci. Nanotechno. 2016, 16 (12), 12299. doi: 10.1166/jnn.2016.12963

    81. [81]

      (81) Xu, Y.; Sheng, K.; Li, C.; Shi, G. ACS Nano 2010, 4 (7), 4324. doi: 10.1021/nn101187z

    82. [82]

      (82) Sui, Z.; Zhang, X.; Lei, Y.; Luo, Y. Carbon 2011, 49 (13), 4314. doi: 10.1016/j.carbon.2011.06.006

    83. [83]

      (83) Zhang, L.; Shi, G. J. Phys. Chem. C 2011, 115 (34), 17206. doi: 10.1021/jp204036a

    84. [84]

      (84) Park, S. H.; Kim, H. K.; Yoon, S. B.; Lee, C.W.; Ahn, D.; Lee, S.-I.; Roh, K. C.; Kim, K. B. Chem. Mater. 2015, 27 (2), 457. doi: 10.1021/cm5034244

    85. [85]

      (85) García-Torres, B. A.; Aguilar-Elguezabal, A.; Román-Aguirre, M.; Álvarez-Contreras, L. Mater. Chem. Phys. 2016, 172, 32. doi: 10.1016/j.matchemphys.2015.12.047

    86. [86]

      (86) Ennajih, H.; Bouhfid, R.; Essassi, E. M.; Bousmina, M.; ElKadib, A. Microporous Mesoporous Mater. 2012, 152, 208. doi: 10.1016/j.micromeso.2011.11.032

    87. [87]

      (87) Frindy, S.; Primo, A.; Qaiss Ael, K.; Bouhfid, R.; Lahcini, M.; Garcia, H.; Bousmina, M.; El Kadib, A. Carbohydr. Polym. 2016, 146, 353. doi: 10.1016/j.carbpol.2016.03.077

    88. [88]

      (88) Zhai, T.; Zheng, Q.; Cai, Z.; Xia, H.; Gong, S. Carbohydr. Polym. 2016, 148, 300. doi: 10.1016/j.carbpol.2016.04.065

  • 加载中
WeChat 扫一扫看文章
计量
  • PDF下载量:  6
  • 文章访问数:  551
  • HTML全文浏览量:  57
文章相关
  • 收稿日期:  2017-04-12
  • 修回日期:  2017-05-08
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章

All Rights Reserved by the Chinese Chemical Society   中国化学会 版权所有 京ICP备05002797号

本系统由北京仁和汇智信息技术有限公司开发    技术支持: info@rhhz.net