模板合成法
模板合成法
模板合成法
模板合成法是指根据给定的输入和模板，将模板中的变量替换为输入中对应的值，从而生成最终的输出结果。
该方法常用于生成自然语言中的文本，如邮件、新闻报道、推文等。
模板合成法的基本步骤包括：
1. 定义模板：确定需要生成的文本的格式和结构，并在其中使用占位符（即变量）表示将来替换的部分。
2. 准备输入数据：获取输入数据，该数据包含了要插入到模板中的具体信息。
3. 变量替换：根据输入数据，将模板中的占位符替换为实际的值。
4. 生成输出结果：将替换完成的模板输出为最终的文本结果。
模板合成法的优势在于可以灵活地根据输入生成不同的文本，同时可以保持一致的文本格式和结构。
它可以应用于各种应用场景，如自动化邮件回复、文本生成任务等。
模板法合成介孔材料
Group NO.3 Reporter： 朱 敏
Other members：王楠 王有亮 周艳玲 夏荣森
主要内容
1 2 3
介孔材料简介 模板法介绍 模板法合成机理
3.1 3.2 3.3
液晶模板机理 协同作用机理
广义液晶模板机理
3.4 氢键π-π堆积协同作用机理
介孔材料介绍
1992年Mobil公司使用表面活性剂带正电荷的季铵盐作为模板剂，首次 合成了有序介孔材料 M41S系列
硅源
然后再向其中逐滴加入无机源，通过 溶胶凝胶工艺或水热处理后，进行过 滤、洗涤等处理；
最后经过煅烧或萃取去除有机物， 得到孔径分布窄且有序的介孔材 料。
模板剂
自组装
溶剂
Temperature℃
CTAB Concentration（ Wt% ）
C. J. Brinker, Y. Lu, A. Sellinger,H. Fan, Adv. Mater., 1999,11, 579
远低于形成液晶相所需浓度，没有硅酸盐存在时只有 胶团而无液晶相；
2 合成温度：﹥70℃
胶束不能稳定存在；
3 PH=12-14
在没有表面活性剂存在时，硅酸盐自己不会发生缩聚 生成固相。
--- Monnier A et al,Science 261,1993
协同作用机理（cooperative formation mechanism）
Thank you & Happy New Year!
-----Frank Hoffmann et al. Angew. Chem. Int. Ed. 45, 3216, 2006
高浓度合成有序介孔材料
eu-mof材料的制备方法 -回复
eu-mof材料的制备方法-回复Eumof材料是一种具有特殊结构和功能的多孔有机材料。
它的制备方法包括两个关键步骤：模板合成和热煅烧。
本文将详细介绍eumof材料的制备方法，一步一步回答。
第一步：模板合成模板是eumof材料制备过程中的关键组成部分。
模板通常是一种具有特定形状和尺寸的物体，它作为eumof材料的“模子”，决定了最终材料的孔隙结构和形貌。
下面是eumof材料常用的模板合成方法：1. 常规方法：通过溶液合成或固相反应合成得到适当尺寸和形状的晶体粒子。
例如，可以使用硅胶或硅藻土颗粒作为模板。
2. 抛光法：使用悬浮液中的磨料，通过抛光材料表面去除外部杂质，获得具有所需形貌和孔隙结构的模板。
3. 模板转移法：将已有的模板物质转移到想要合成eumof材料的材料表面。
例如，可以将金属-有机骨架材料（MOF）的结晶体转移到特定形状的纳米材料上。
第二步：热煅烧热煅烧是eumof材料制备的关键步骤，通过高温煅烧可以去除模板物质并形成多孔结构。
下面是eumof材料常用的热煅烧方法：1. 空气氧化法：将模板放置在加热炉中，在氧气气氛下进行煅烧。
高温下，模板会氧化并挥发，留下孔隙洞。
2. 真空煅烧法：将模板放置在真空炉中，在高温下煅烧。
通过真空环境，模板物质可以在高温下直接蒸发或挥发，从而形成孔隙结构。
3. 气相热解法：通过将模板与气体反应，使其在高温下发生热解。
例如，通过与氮气或氢气反应，可以让模板蒸发并形成多孔结构。
以上就是eumof材料的制备方法的一般步骤。
当然，具体制备过程还会根据所用材料的不同而有所调整。
在实际制备过程中，还需要根据具体要求进行材料的后续处理，包括表面处理、孔隙形貌调控等。
总结：eumof材料的制备方法主要包括模板合成和热煅烧两个关键步骤。
通过选择合适的模板材料和煅烧条件，可以控制eumof材料的孔隙结构和形貌。
这种制备方法可以为eumof材料的应用提供基础，同时也为其他类似多孔有机材料的制备提供了参考。
模板法和微乳液法
第一阶段是晶核形成阶段 第二阶段是晶核生长阶段 模板法：干预反应体系的动力学过程，决定颗粒
结构、尺寸及其分布
1
二、 模板合成法原理： 利用基质材料结构中的空隙或外表面作为模板进行 合成。 优点：调控尺寸、形状、分散性、周期性
2
三、软模板合成法原理
铵引发苯胺聚合制备十二烷基苯磺酸掺杂的聚苯 胺亚微米管
9
塌陷(A)和未塌陷(B)的聚苯胺亚微米管的SEM照片。
10
二）阳离子表面活性剂 以十六烷基三甲基溴化铵为结构指导剂、盐酸 作掺杂剂、过硫酸铵作氧化剂制备网状聚苯胺 纳米纤维。
11
3.4 软模板法特点：
(1) 模拟生物矿化； 生物矿化：生物体内形成矿物的过程。生物体 产生的有机物对无机物的形成具有模板作用
表面活性剂是这样一种物质，它活跃于表面和界面上，具有 极高的降低表、界面张力的能力和效率。
两个特性：
1. 在各种界面上的定向吸附； 2. 溶液内部形成胶束，从而具有一系列应用功能。
表面活性剂分子的结构特点
表面活性剂分子有两种不同性质的基团所组成，一种 是非极性的亲油基团，另一种是极性的亲水基团。
两个特性： 1. 在各种界面上的定向吸附； 2. 溶液内部形成胶束，从而具有一系列应用功能。
B) TEM image of silica nanotubes prepared by selectively dissolving the silver cores of Ag/SiO2 nanocables in an ammonia solution with~pH 11.
25
五、模板法制备纳米材料的比较 共性：能提供一个有限大小的反应空间 区别：硬模板提供的是静态的孔道,物质只能从开口
构建碳基化合物的模板合成方法
构建碳基化合物的模板合成方法碳基化合物是一类重要的有机化合物，其构建方法对于有机合成领域具有重要意义。
在有机合成中，模板合成方法是一种常用且有效的方法，能够帮助合成化学家们在复杂的有机合成过程中快速构建碳基化合物的骨架结构。
本文将介绍一些常见的碳基化合物模板合成方法，并探讨其优势和应用。
一、模板合成方法的基本原理模板合成方法是一种利用模板分子的特定结构来引导有机合成反应的方法。
在反应过程中，模板分子与反应物发生特定的相互作用，使得反应物选择性地结合在模板分子上，从而形成目标产物。
模板合成方法的关键在于选择合适的模板分子，使其能够与反应物发生特定的相互作用，并通过适当的条件促使反应发生。
二、模板合成方法的应用1. 模板合成方法在天然产物合成中的应用天然产物合成是有机化学领域的一个重要研究方向。
许多天然产物具有复杂的结构和生物活性，合成起来非常具有挑战性。
模板合成方法可以帮助合成化学家们在天然产物合成中快速构建复杂的碳基骨架。
通过选择适当的模板分子，可以引导反应物的选择性结合，从而实现目标产物的合成。
2. 模板合成方法在药物合成中的应用药物合成是另一个重要的有机合成领域。
许多药物分子具有特定的结构和生物活性，其合成过程要求高效、高选择性和高产率。
模板合成方法可以帮助合成化学家们在药物合成中快速构建目标分子的骨架结构。
通过选择适当的模板分子，可以引导反应物的选择性结合，从而实现药物分子的合成。
三、常见的模板合成方法1. 模板合成方法之分子内模板法分子内模板法是一种常见的模板合成方法，其基本原理是通过在反应物中引入一个模板基团，使得反应物在反应过程中选择性地与该模板基团发生特定的相互作用。
通过适当的反应条件，可以实现目标产物的合成。
2. 模板合成方法之分子间模板法分子间模板法是另一种常见的模板合成方法，其基本原理是通过引入一个模板分子，使其与反应物发生特定的相互作用。
通过适当的反应条件，可以实现反应物在模板分子上的选择性结合，并形成目标产物。
模板法合成纳米结构材料
模板法合成纳米结构材料纳米结构材料是指在纳米尺度上（1-100纳米）呈现出有序或无序结构的材料。
这些材料具有许多独特的物理和化学性质，如高比表面积、高导电性、高强度等，使其在许多领域具有广泛的应用前景。
本文将探讨纳米结构材料的合成方法及其应用。
纳米结构材料的特点纳米结构材料具有许多特点，如高比表面积、高导电性、高强度等。
这些特点使得纳米结构材料在力学、电磁学、光学、热学等方面具有优异的性能，为材料科学领域带来了革命性的变化。
纳米结构材料的合成方法纳米结构材料的合成方法有很多种，其中常用的方法包括物理法、化学法和生物法。
物理法主要包括蒸发冷凝法、激光脉冲法、电子束蒸发法等。
这些方法通常需要使用昂贵的设备，并且反应条件难以控制，但可以合成出高纯度的纳米结构材料。
化学法是最常用的合成方法之一，主要包括溶液法、气相法、沉淀法等。
这些方法的优点是反应条件易于控制，能够大规模生产，但需要使用大量的有机溶剂和化学试剂，对环境造成一定的污染。
生物法是利用微生物或植物提取物等生物资源来合成纳米结构材料的方法。
生物法具有环保、可持续等优点，但合成过程和机理仍需进一步研究。
纳米结构材料的应用纳米结构材料因其独特的性质和广泛的应用前景，已广泛应用于电子、医药、环保、催化等领域。
电子领域纳米结构材料在电子领域具有广泛的应用，如制造更小、更快、更强大的电子设备。
例如，纳米结构材料可以用于制造更先进的集成电路和晶体管，提高计算机的性能。
医药领域纳米结构材料在医药领域也具有广泛的应用，如药物输送、肿瘤治疗等。
通过将药物包裹在纳米颗粒中，可以实现对药物的精准输送，提高药物的治疗效果和降低副作用。
环保领域纳米结构材料在环保领域也有着广泛的应用，如空气净化、水处理等。
通过使用纳米结构材料制成的滤膜或催化剂，可以有效地去除空气或水中的有害物质，保护环境。
催化领域纳米结构材料在催化领域也具有广泛的应用，如催化剂载体、汽车尾气处理等。
通过优化纳米结构材料的性质，可以提高催化剂的活性和选择性，实现高效的催化反应。
模板合成法(仿生合成)
C ＝ CMC 溶液表面定 向排列已经 饱和，表面 张力达到最 小值。
C > CMC 溶液中的分子 的憎水基相互 吸引，分子自 发聚集，形成 球状、层状胶 束，将憎水基 24 埋在胶束内部
6.4 胶束自发形成的原因 能量因素： C < CMC
除去模板后可以得到纳米材料。
分子筛，多孔氧化铝膜，聚合物纤维，纳米碳管
47
4.1 硬模板法特点：
1) 较高的稳定性,强的限域作用; 2) 后处理过程复杂； 3) 反应物与模板的相容性影响纳米结构的形貌
4) 硬模板结构比较单一， 形貌变化较少
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硬模板：多孔氧化铝膜(AAO)
结构特点：
孔洞为六边形或圆形且垂直于膜面；
饱和 吸附
疏水基团逃离
水相的两种方式
形成单分子表面吸附层
C ≥ CMC
形成胶束
25
五、胶束的结构
反离子固定层
疏水内核
反离子扩散层
离子型胶束示意图
26
六、胶束的形状
胶束可呈现棒状、层状或球状等多种形状
球形胶束
棒状胶束
27
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6.1 影响胶束形态的因素
1）具有单链憎水基和较大极性基的分子或离子 容易形成球状胶束； 2）具有单链憎水基和较小极性基的分子或离子 容易形成棒状胶束。 3）对于离子型活性剂，加入反离子将促使棒状胶 束形成； 4）具有较小极性基的分子或离子容易形成层状 胶束。
（3）温度升高使非离子活性剂的聚集数明显升高
对离子型活性剂的聚集数影响不大
34
八、增溶作用 当溶液中表面活性剂的浓度达到或超过CMC时， 原来不溶于水或微溶于水的物质（有机物）的溶解 度显著增加
模板法合成核壳功能材料
收稿:2006年3月,收修改稿:2006年5月 3吉林省科技发展计划项目(N o.20173008)资助33通讯联系人 e 2mail :chuying @模板法合成核壳功能材料3张艳萍 褚 莹33(东北师范大学化学学院 长春130024)摘 要 模板法制备核壳功能材料是材料科学研究领域的一大热点,引起了广泛的关注。
本文结合本课题组在有机2无机核壳复合纳米粒子(空心球)领域的研究,较系统地评述了目前国内外利用模板法制备核壳粒子的研究进展,并概述了核壳纳米粒子(空心球)的发展前景和应用领域。
关键词 核壳材料 模板 空心球 纳米粒子中图分类号:O641;T B383 文献标识码:A 文章编号:10052281X (2007)0120035207The F abrication of Core 2Shell Functional Materials with Templates MethodZhang Yanping Chu Ying33(Faculty of Chemistry ,Northeast Normal University ,Changchun 130024,China )Abstract Fabrication of core 2shell functional materials is a hot research topic in materials science and attracts much attention in recent years.Based on our research w ork in organic 2inorganic core 2shell com plex nanoparticles (hollow spheres ),the development of fabrication of core 2shell particles with tem plate methods is reviewed.The development foreground and the application area of core 2shell nanoparticles are discussed.K ey w ords core 2shell materials ;tem plates ;hollow spheres ;nanoparticles1 引言核壳(core 2shell )材料一般由中心的核和包覆在外部的壳组成[1]。
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胶束模板电化学合成金纳米棒
Au
Surf+
Pt
AuBr4- Surf+ 进入胶团
粒子形状受棒状胶团控制
AuBr4-
粒子形状不受棒状胶团控制
从体相金到金纳米棒的转化过程
Au(0) (金阳极) Au(Ⅲ) AuBr4-
AuBr4-· Surf +(胶团里)
AuBr4-· Surf +(溶液中)
Au(0) (小粒径金纳米粒子、 团簇或原子)
当无模板M存在时，则生成许许多多其它副产物：
B A A A B +X
X
B B +A
B A B +B A A B
A
+ „„
小结：
理论上讲，热力学模板可在反应进行过程 中任一时候加入，结果都是一样的，因为平衡 可以移动的缘故。动力学模板则必须在反应开 始前加入，才能最大限度地提高模板的作用。 相比之下，动力学模板较热力学模板更难设计 和理解，但是很有用。动力学模板在反应过程 中识别和络合特定的物质，使得反应基团有特 定的构象和取向，这样容易得到单一产物，这 如同模拟酶的催化特性一样。
M. G. Kanatzidis, et al.; J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6599–6607
Iodine as an Oxidant in the Topotactic Deintercalation of Interstitial Iron in Fe1+xTe
M. K. Green, et al. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 10006–10008
Topotactic Conversion
利用拓扑转变反应制备多孔LiFeSO4F电极材料
R. Tripathi, L.F. Nazar, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 8738-8742.
聚苯胺纳米线的AAO模板合成
溶去部分氧化铝后的PANI纳米线阵列膜形貌的SEM照片.
• (2)以碳纳米管为模板合成纳米线
• 碳纳米管为模板合成碳化硅纳米线： • 将 碳 纳 米 管 与 Si-SiO2 混 合 加 热 加 热 到 1400度可制得碳化硅纳米线。
碳纳米管模板法合成碳化物纳米线反应示意图
β-Co(OH)2: Zone Axis [001]
Co3O4: Zone Axis [111]
β-Co(OH)2: பைடு நூலகம்one Axis [1-10]
Co3O4: Zone Axis [2-1-1]
Topotactic Conversion
Topotactic transformation process for formation of needlelike Co3O4 nanotubes.
Au(0) (金纳米粒子：球或棒)
****
分子内模板效应
最初在合成冠醚化合物中发现加入特定种
类的碱金属离子能够显著提高冠醚化合物的产
率。究其原因是碱金属离子与开链的原料起络
合作用，促进分子内的反应的进行，对环合反
应有利，而避免分子间反应而生成线形聚合物。
这就是模板效应。
虽然Busch在60年代对模板的作用方式进行了系统的研究和分 类，但当时仅仅局限于经典的模板效应，所指的模板仅局限于金 属离子。随着近几年来超分子化学的兴起，使得有机化学和无机 化学的交叉更进一步深入，诸如金属离子－配体的络合、氢键的 作用，π-π相互作用以及催化抗体（catalytic antibody），都可以
MO表示易挥发得金属氧化物； MX4表示易挥发的金属卤化物
Nature, 375, 769, 1995
碳纳米管模板法合成氮化物纳米线
1173K 用碳纳米管模板法合成 GaN纳米丝的装置示意图
碳纳米管
以碳纳米管为模板 合成的GaN纳米线
Topotactic Conversion
Highly Efficient and Rapid Cs+ Uptake by the Layered Metal Sulfide K2xMnxSn3-xS6 (KMS-1)
Cycle number
一、研究内容和成果
纳米阵列的多形态选择：TiO2纳米齿和纳米筏阵列的雕刻生长
Chem. Mater. 2009, 21, 3197
一、研究内容和成果
相变诱导的三维阵列：三维有序纳米立方体构筑的钙钛矿空心立方体
ao ≈ bo = √2apc co=2cpc
J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14279
则模板可选择性络合产物之一，使平衡朝 特定方向移动。
如巯基胺⑴和二酮化合物⑵作用时，可得到3和4的混合 物，此时加入Ni(OAc)2，则可提高3的产率：
SH R N N R' SH R' N
Ni(OAc)2
R
N Ni2+
S
SH
NH2
+
R
O
S
O
R' N R' R N S
巯基胺⑴
二酮化合物(2)
S
热力学模板的结果是提高产率，因为模板只 会提高产物的稳定性，使平衡向有利于产物生成 的方向移动。
归结为模板效应。利用模板效应进行有机合成和生物化学上的蛋
白质、多肽、低聚核糖核酸的合成，都可以称为模板合成 （template syntheses）。这里的模板是一个广义的概念，除了金 属离子可作为模板外，中性分子也可作为模板，甚至出现聚合物 模板。从超分子的观点来看，模板就是客体(guest)，当在反应中 与主体（host）或配体协同作用时，能导致目标物的生成。模板合 成越来越受到人们的关注。
2.2.2 动力学模板
动力学模板则是对不可逆反应而言，
模板的加入会对过渡态起稳定作用。动 力学模板对产物比对原料有更强的络合
作用，因此有利于产物的生成。
下式表示动力学模板利用配体围绕模板而进行的分子 自组装（molecular self-assemble）：
正式反应前就已经有所作用，反应后模板脱落。
Fe纳米线的AAO模板合成
200 180 160
l/d
140
Aspect ratio
120 100 80 60 40 0 2 4 6 8
t/min
Fe纳米线的局部放大TEM照片
纳米线的长径比与沉积时间近似成正比
碳纳米管的AAO模板合成
(b)
( d)
取向碳纳米管有序阵列膜形貌与结构的电镜照片. (a) 完全溶去 氧化铝后的由表面碳膜固定和保持的碳纳米管的低倍 SEM 照 片； (b) 从 AAO 模板解离的碳纳米管束的 SEM 照片 ( 聚丙烯腈 (PAN)路线，750 oC)
一、研究内容和成果
相变诱导的三维结构：孪晶（112）界面构筑的钙钛矿空心立方体
J. Mater. Chem. 2008, 18, 3543;
J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14279
S. Ding, M. M. Wu, et al. “Textured Tubular Nanoparticle Structures: PrecursorTemplated Synthesis of GaN SubMicrometer Sized Tubes”;
一、研究内容和成果
形态和晶体生长方向：有序多孔材料和良好的电化学性能
[0001]
[111]
Co(OH)2
Co3O4
2000
-1
Capacity, mAhg
1600
[1-100]
[2-1-1]
450 C
o
1200
350 C
o
800
550 C
o
400 0 5 10 15 20
Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 617
• 亲油端在内、亲水端在外的“水 包油型”胶团，叫“正相胶团” 。 • 亲水端在内、亲油端在外的 “油包水型”胶团，叫“反相胶
团”。
•
• 正相胶团的直径大约为5-100nm，
反相胶团的直径约为3-6nm。
MCM-41的制备 CTAB/四甲基 硅酸铵
六方相中孔分子筛形成机理
三嵌段聚合物 硅酸四乙酯 pH<1
第八章
模板法
• 1. 模板法制备纳米材料
• Template-directed Synthesis of nanomaterials
• 合成低维纳米结构已成为人们研究的热点之一。 目前，科学家们已经开发了许多制备纳米结构 的方法。 • 据是否使用模板一般可以分为“模板”法和 “无模板”法。
• “ 模板”法是最近十多年发展起来的合成新型 纳米结构材料的方法。 • 一般来讲，模板法根据其模板自身的特点和局 限性的不同可以分为“硬模板”法和“软模板” 法。 • 一、 “硬模板”法 • 硬模板多是利用材料的内表面或外表面为模板， 填充到模板的单体进行化学或电化学反应，通 过控制反应时间，除去模板后可以得到纳米颗 粒、纳米棒，纳米线或纳米管，空心球和多孔 材料等。经常使用的硬模板包括分子筛，多孔 氧化铝膜，径迹蚀刻聚合物膜，聚合物纤维， 纳米碳管和聚苯乙烯微球等等。
电抛光
阳极氧化
纳米棒
纳米粒子
沉积 Al 纳米有序阵列复合结构 纳米管 纳米丝
AAO模板法制备纳米材料与纳米结构的工艺流程图
硬模板法合成的不同长径比的
纳米线和多组分纳米材料
硬模板法合成的不同长径比的金纳米材料
用AAO/Al 模板通过控制沉积时间, 制备出不同长 径比的金纳米材料的TEM照片(孔直径d=10nm, 长 径比(l/d)分别为1, 3, 500).