細(xì)談納米晶纖維素手性向列型液晶相結(jié)構(gòu)的形成、調(diào)控及應(yīng)用

1、細(xì)談納米晶纖維素手性向列型液晶相結(jié) 構(gòu)的形成、調(diào)控及應(yīng)用本文從網(wǎng)絡(luò)收集而來，上傳到平臺為了幫到更多的人，如果您需要使用本文檔， 請點擊下載按鈕下載本文檔(有償下載)，另外祝您生活愉快，工作順利，萬事 如意！1引言納米晶纖維素(NCC)也稱為纖維素納米晶體，是 一種尺寸為幾十到幾百納米的剛性棒狀纖維素，具有 高純度、高結(jié)晶度和高楊氏模量等特性。這種納米尺 度效應(yīng)使其具有優(yōu)越的力學(xué)性能以及超分子效應(yīng)，同 時結(jié)合其可降解和生物相容性的特點使其在制備高性 能復(fù)合材料、組織工程、生物分子傳感器、生物學(xué)礦 化模板等領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。目前，NCC在超分 子水平上結(jié)合其特有的結(jié)構(gòu)單元，采用自組裝的方法 制

2、備出穩(wěn)定的具有優(yōu)異特性的新型納米材料已成為該 領(lǐng)域的研究熱點。NCC在一定濃度的水溶液狀態(tài)下，能夠形成一種 介于液體和晶態(tài)之間的有序液晶相，稱為溶致手性向 列型液晶相，也稱為膽甾型溶致液晶相。自 Marchessault 等于 1959 年在 Nature 上發(fā)表了 NCC 懸浮液存在雙折射現(xiàn)象以來，這種既能夠顯示溶致型 液晶相，又顯示熱致型液晶相的手性向列型液晶相結(jié) 本文為網(wǎng)絡(luò)收集精選范文、公文、論文、和其他應(yīng)用文檔，如需本文，請下載構(gòu)受到了越來越多的關(guān)注。NCC的手性向列型液晶相 結(jié)構(gòu)可用于制備高強度、高模量和具有特殊光學(xué)性質(zhì) 的薄膜材料，也可以作為一種優(yōu)良的模板制備含手性 結(jié)構(gòu)的多孔納米

3、材料，在手性催化、手性分離、催化 劑載體以及傳感器等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。近年 來，NCC手性結(jié)構(gòu)的調(diào)控和NCC基手性材料的研 制、應(yīng)用備受關(guān)注。本文綜述了 NCC手性向列型液 晶相結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理、調(diào)控方法及應(yīng)用研究進(jìn)展，以 期對手性材料的研制和其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展有一定促進(jìn) 作用。2 NCC手性向列型液晶相的形成機(jī)制及特征2. 1 NCC手性向列型液晶相的形成機(jī)制高分子 液晶是在一定條件下能以液晶態(tài)存在的高分子化合 物，其特點是具有較高的分子量和液態(tài)下分子的取向 有序及位置有序。液晶高分子的特征有序性，將賦予 材料特有的光學(xué)性質(zhì)、機(jī)械性能和良好加工性。依據(jù) 液晶高分子在空間排列的有序性不同，液

4、晶高分子可 分為向列型、近晶型、膽甾型三種不同的結(jié)構(gòu)類型。 具有超分子效應(yīng)的NCC也具備形成有序液晶相的條 件，在發(fā)現(xiàn)纖維素懸浮液能夠形成液晶相的幾十年后， Revol等才發(fā)現(xiàn)纖維素可以形成穩(wěn)定的溶致手性向列 型液晶相結(jié)構(gòu)。硫酸水解得到的NCC表面帶有少量 電荷，顆粒之間因表面電荷產(chǎn)生的靜電斥力以及其他 分子間作用力導(dǎo)致棒狀NCC能夠穩(wěn)定地分散于水溶 液中。在水相體系中，受靜電斥力等分子間作用力的 影響，棒狀NCC進(jìn)行自組裝排列，當(dāng)濃度達(dá)到某一 臨界值時可以形成一種介于液體和晶態(tài)之間的手性向 列型有序液晶相，并且分子間形成不可逆的氫鍵使得 有序液晶相能夠穩(wěn)定存在，此時的濃度稱為相分離的 臨界濃

5、度。關(guān)于NCC手性向列型液晶相形成的原因 有兩種解釋：(1)顆粒的幾何螺旋扭轉(zhuǎn)；(2)表面電荷 的螺旋分布。Araki等用既能夠形成向列型液晶相又 能形成手性向列型液晶相的細(xì)菌纖維素作為研究對 象，通過一系列研究表明顆粒的幾何螺旋扭轉(zhuǎn)是形成 手性向列型液晶相結(jié)構(gòu)的起因。溶致型液晶相的形成 過程中存在兩個臨界濃度，分別為各向異性相析出濃 度Ca和各向異性相轉(zhuǎn)變完成濃度Ci。當(dāng)溶液濃度大 于Ca時，各向異性的液晶相開始出現(xiàn)；當(dāng)溶液濃度介 于Ca和Ci之間時，各向異性的液晶相和各向同性相 共存，即相分離，相分離的出現(xiàn)也就意味著液晶相的 出現(xiàn)。當(dāng)溶液濃度大于另一臨界濃度Ci后，溶液形成 單一的各向異性

6、相，Mu等通過向NCC溶液中加入 D-( + )-葡糖糖的實驗研究了 NCC懸浮液中手性向列 型液晶相形成的過程，研究者將蒸發(fā)過程中NCC懸浮 液的相轉(zhuǎn)變過程分為兩個階段，即兩相共存和各向異 性相的轉(zhuǎn)變完成，而低濃度時各向同性相中水分的蒸 發(fā)不做單獨探討。NCC懸浮液蒸發(fā)過程中相分離以及手性結(jié)構(gòu)的 變化。研究者將NCC懸浮液蒸發(fā)自組裝過程分為三 個階段，分別為各向同性相中水分的蒸發(fā)階段、兩相 共存階段和各向異性相的轉(zhuǎn)變完成階段。在第三個階 段中，NCC濃度隨著水分的繼續(xù)蒸發(fā)而不斷增加，有 序排列更加緊密導(dǎo)致手性結(jié)構(gòu)的螺距不斷減小；當(dāng)各 向異性的玻璃態(tài)體系中水分的含量低于4wt%時，棒 狀NCC

7、不再進(jìn)行組裝排列運動，手性結(jié)構(gòu)的螺距變 化不大，形成了具有手性結(jié)構(gòu)的纖維素固體薄膜。2. 2 NCC手性向列型液晶相的結(jié)構(gòu)特征NCC與其他的纖維素材料具有相同的化學(xué)結(jié)構(gòu)， 主要構(gòu)成仍是醚鍵、碳-碳鍵、碳-氫鍵、羥基等，但 NCC的光學(xué)性質(zhì)與其他纖維素材料有很大的差異，主 要體現(xiàn)在兩個方面：（1）各向異性和雙折射效應(yīng)；（2） 液晶性。具有各向異性相的NCC懸浮液在偏光顯微 鏡（POM）視野中可觀察到平面織構(gòu)或指紋織構(gòu)。平 面織構(gòu)中，NCC排列形成的螺旋軸垂直于基片，大分 子鏈所在的分子層則與它平行，POM視野中可觀察 到雙折射特征。指紋織構(gòu)中，NCC排列形成的螺旋軸 平行于基片，大分子鏈所在的分

8、子層則與它垂直， POM視野中可觀察到明暗相間的指紋織構(gòu)，指紋織 構(gòu)的出現(xiàn)是材料具有手性結(jié)構(gòu)的重要判據(jù)。對于NCC液晶相虹彩特征的解釋，存在兩種理 論:(1)布拉格反射;(2)雙折射。研究者常用布拉格 反射來解釋NCC液晶的虹彩性質(zhì)，指出棒狀NCC自 組裝形成的特殊織構(gòu)由于布拉格反射會出現(xiàn)虹彩特 征。根據(jù)布拉格公式:人=n Psin，人為反射光波長， 中為入射角，n為平均折射率，P為螺距，研究者認(rèn) 為隨著入射角、螺距和折射率的變化會反射在可見光 范圍內(nèi)的不同波長的光，因此呈現(xiàn)出不同的顏色變化。 近年來，Majoinen等對NCC手性薄膜的虹彩性質(zhì)研 究給予另外一種解釋，認(rèn)為這種特殊的光學(xué)性質(zhì)源

9、于 NCC薄膜中手性結(jié)構(gòu)對光的干擾產(chǎn)生的雙折射特性。 一定條件下NCC形成的固體手性薄膜具有明顯的虹 彩性質(zhì)，但其手性結(jié)構(gòu)的螺距一般介于12 pm之 間，該值大于可見光的反射波長(400800 nm)， 而NCC懸浮液的液晶性與雙折射性質(zhì)有關(guān)，當(dāng)溶液 濃度達(dá)到溶致型液晶濃度時，NCC的定向排列會產(chǎn)生 肉眼可見的雙折射現(xiàn)象，并且這種各向異性的雙折射 現(xiàn)象在較厚的膜中表現(xiàn)更明顯。具有手性向列型液晶相結(jié)構(gòu)的NCC膠狀溶液經(jīng) 緩慢蒸發(fā)后形成透明的固體薄膜，在這種固體薄膜中 NCC手性向列螺旋結(jié)構(gòu)得以保留，在高倍掃描電子顯 微鏡(SEM)視野下，可觀察到棒狀NCC有序排列成 有序多層狀，形成長程特定左旋

10、手性結(jié)構(gòu)，其圓二色 譜(CD)呈現(xiàn)強的左旋信號，選擇性反射左旋偏振光。3 NCC手性向列型液晶相的調(diào)控在NCC手性結(jié)構(gòu)的調(diào)控中，手性向列型液晶相 形成的臨界濃度和手性結(jié)構(gòu)的螺距是兩個重要參數(shù)， 高度依賴于NCC的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及環(huán)境條件。3. 1 NCC性質(zhì)采用硫酸水解法制備NCC，得到的棒狀NCC表 面帶有少量電荷，具有聚電解質(zhì)性質(zhì)。一定濃度的 NCC懸浮液在無任何外界條件干擾下可自組裝形成 手性向列型液晶相結(jié)構(gòu)，其臨界濃度和螺距在很大程 度上取決于顆粒的性質(zhì)，如NCC的長徑比、表面電 荷等。美國物理學(xué)家Onsager最先分析了高度非等軸 顆粒的相分離，認(rèn)為對于電中性長為L、直徑為D的 剛棒狀

11、顆粒而言，有序相形成的臨界濃度僅取決于棒 狀顆粒的長徑比，即L/D。研究表明：對于有效直徑 較小、單分散性較好的NCC而言，在水分揮發(fā)濃度 增加的過程中其各向異性相析出越慢，即手性向列型 液晶相形成的臨界濃度越高。Stroobants，Lekkerkerker 和Odijk ( SLO)等在此基礎(chǔ)上又提出了帶電棒狀顆粒 的相分離理論，引入了兩個因素：由靜電排斥產(chǎn)生的 扭轉(zhuǎn)因素和有效直徑。認(rèn)為棒狀顆粒的有效直徑會改 變自由能，而靜電排斥作用影響顆粒在垂直方向上的 取向，被度量成扭轉(zhuǎn)因素。通常情況下，制備條件對 NCC性質(zhì)起決定作用，因此可通過對水解條件的調(diào)控 得到所需NCC溶液，從而控制手性向列

12、液晶相的臨 界濃度和結(jié)構(gòu)。Bai等采用一種特殊的離心技術(shù)成功 制得尺寸分布較窄的棒狀NCC，Lima等利用梯度超 速離心法實現(xiàn)了被囊動物纖維素棒狀顆粒的分級。Beck等采用酸水解的方法制備NCC溶液，研究了水 解時間和酸質(zhì)比對NCC性質(zhì)的影響，得出結(jié)論：增 加水解時間和酸質(zhì)比，NCC尺寸變短，手性向列型液 晶相析出的臨界濃度增加，雙相范圍較窄。3. 2離子強度經(jīng)硫酸水解后的NCC顆粒因為表面硫酸酯基的 作用通常帶有負(fù)電荷，在純凈的NCC水相體系中， 懸浮液的離子強度取決于NCC表面電荷量oNCC表 面電荷隨硫酸酯基的水解逐漸降低導(dǎo)致懸浮液的離子 強度增加，對體系的穩(wěn)定性、分散性以及液晶相有著

13、重要的影響。在NCC水相體系中添加電解質(zhì)能夠改 變其離子強度，從而實現(xiàn)對NCC手性向列型液晶相 臨界濃度和螺距的控制。Revol等研究表明，在NCC 溶液中添加電解質(zhì)，對NCC表面的硫酸酯基團(tuán)產(chǎn)生 的負(fù)電荷起屏蔽作用，導(dǎo)致顆粒之間的靜電斥力減小， 從而導(dǎo)致手性結(jié)構(gòu)的螺距減小，光學(xué)性質(zhì)出現(xiàn)藍(lán)移現(xiàn) 象Dong等研究發(fā)現(xiàn)酸水解制得的NCC懸浮液的液 晶相與NCC性質(zhì)和外加電解質(zhì)（HCl、NaCl、KCl）濃 度有關(guān)。當(dāng)NCC懸浮液濃度或離子強度增加時，共 存的兩相濃度都增加，但是各向異性相中手性向列型 液晶相結(jié)構(gòu)的螺距減小。該研究者又系統(tǒng)地分析了一 價無機(jī)反離子（H +、Na +、K +、Cs +

14、）、弱有機(jī)反 離子、強有機(jī)反離子對相分離的影響。實驗結(jié)果表明: 一價無機(jī)反離子相分離的趨勢大小為 SH S-Na S-K S-Cs，一價弱有機(jī)反離子相分離趨勢為S-NH4 S-Tri-MA S-Tri-EA;對于一價強有機(jī)反離子，相分離 的趨勢會隨著有機(jī)鏈的增長而降低，趨勢大小為S-TMA S-TEA 3S-TBA STPA。研究還表明，二 價反離子Ca2 +、Ba2 +等對相分離的影響比一價離 子更加敏感。Edgar等和Beck等在研究NCC薄膜手 性結(jié)構(gòu)的調(diào)控過程中，分別向NCC手性向列型液晶 相體系中添加電解質(zhì)來改變手性結(jié)構(gòu)的螺距，控制薄 膜的光學(xué)性質(zhì)向長波或者短波方向移動，并且實驗數(shù)

15、據(jù)表明，隨著電解質(zhì)濃度的增大，NCC懸浮液的離子 強度增加，薄膜中手性結(jié)構(gòu)的螺距呈減小的趨勢。3. 3超聲輔助超聲波所產(chǎn)生的“空化效應(yīng)”被廣泛用于物理和化 學(xué)體系中。其作用機(jī)理是在液相狀態(tài)下，由于超聲作 用產(chǎn)生氣泡，氣泡生長變大并發(fā)生內(nèi)爆破，從而加速 化學(xué)反應(yīng)的速度。目前，超聲波在制備NCC的過程 中，大多是用于輔助改善酸水解制備NCC后懸浮液 的分散性Beck等發(fā)現(xiàn)對NCC膠狀溶液進(jìn)行超聲處 理能夠改變手性向列型液晶相結(jié)構(gòu)的螺距，使得干燥 后NCC薄膜的反射波長向長波方向移動。因此，利 用NCC懸浮液制備具有虹彩性質(zhì)的薄膜時，可通過 添加電解質(zhì)配合超聲輔助的方式對手性結(jié)構(gòu)的螺距進(jìn) 行調(diào)控，以

16、此控制薄膜的反射波長，得到光學(xué)性質(zhì)可 控的纖維素薄膜材料。Chen等采用真空輔助自組裝 的方法制備了具有虹彩特征的纖維素薄膜材料，研究 了超聲時間對薄膜手性結(jié)構(gòu)的影響，如圖4所示。結(jié) 果表明:短時間超聲得到的纖維素薄膜其有序性差，延 長超聲時間有助于形成大面積、高度有序、光滑的虹 彩薄膜。當(dāng)超聲時間大于10 h時，虹彩薄膜的紫外- 可見光譜在300800 nm處具有明顯的反射峰。3. 4溫度調(diào)控棒狀NCC在自組裝的過程中，溫度條件對自組裝動力學(xué)行為和熱力學(xué)行為有著重要的影響，控制蒸 發(fā)自組裝過程中的溫度條件能夠得到性質(zhì)不同的纖維 素薄膜，該薄膜的光學(xué)特征也會發(fā)生改變。Beck等對 NCC膠狀溶

17、液的蒸發(fā)自組裝過程進(jìn)行溫度調(diào)控得到 了厚度和螺距不同的手性薄膜，認(rèn)為升高環(huán)境溫度能 夠改變NCC膠狀溶液的蒸發(fā)速率和熱力學(xué)行為，從 而形成厚度較大、螺距長的手性薄膜，并且對蒸發(fā)自 組裝過程進(jìn)行單純的溫度控制，能夠得到紅移和分區(qū) 更加明顯的手性薄膜。Giese等采用NCC模板得到的 手性有機(jī)二氧化硅為研究對象，將材料浸泡在4，-正辛 基-4-氰基聯(lián)苯（8CB）中，制得含8CB的手性復(fù)合材 料，并控制環(huán)境中的溫度條件對其光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測試。 結(jié)果表明：當(dāng)溫度在3742 C時，其紫外-可見透 射光譜在550 nm處出現(xiàn)最強的吸收信號，當(dāng)溫度升至 47 C時，吸收信號消失，光譜呈扁平狀，復(fù)合材料在 自然

18、光下反射綠色的光學(xué)特征消失。復(fù)合材料經(jīng)緩慢 冷卻后，其紫外-可見透射光譜性質(zhì)逐漸恢復(fù)原型，但 伴隨輕微的滯后現(xiàn)象。3. 5添加劑在NCC懸浮液中添加中性的分散劑，對懸浮液 的離子強度不產(chǎn)生影響，但分散劑能夠提高膠狀體系 的凝膠化作用，影響手性向列型液晶相的形成，阻礙 本文為網(wǎng)絡(luò)收集精選范文、公文、論文、和其他應(yīng)用文檔，如需本文，請下載 螺距到達(dá)平衡，導(dǎo)致NCC手性結(jié)構(gòu)的反射波長向長 波方向移動。在NCC水相體系中添加多糖和表面活性劑等中 性物質(zhì)能夠加強NCC膠狀溶液的凝膠化作用，對 NCC手性結(jié)構(gòu)起到調(diào)控效果，但是容易導(dǎo)致其液晶織 構(gòu)出現(xiàn)缺陷。Edgar等在NCC膠狀溶液中加入葡聚 糖觀察溶液

19、的液晶相變化，發(fā)現(xiàn)當(dāng)葡聚糖加入各向同 性的NCC膠狀溶液中時，對各向異性相的析出無誘 導(dǎo)作用；當(dāng)加入到兩相共存體系中時，葡聚糖更傾向 于進(jìn)入各向同性相中；當(dāng)加入到各向異性相溶液中 時，會誘導(dǎo)葡聚糖富集的各向同性相和葡聚糖少量的 各向異性相的兩相分離；當(dāng)加入到具有手性向列型液 晶相的NCC溶液中，容易導(dǎo)致NCC液晶織構(gòu)出現(xiàn)明 顯的缺陷。Gray研究組通過向NCC膠狀溶液中添加D-( + ) -葡萄糖的實驗研究了手性向列型液晶相形成過程中 螺距的變化。在NCC懸浮液中添加葡萄糖后對其各 向異性沒有影響，但D-( + )-葡萄糖的右旋手性特征 加強了棒狀NCC的扭轉(zhuǎn)作用，使得手性結(jié)構(gòu)的螺距 發(fā)生變化

20、。D-( + )-葡萄糖對螺距的影響作用表現(xiàn)為液 晶相中螺距的減小和凝膠化過程中螺距的增加。D-( + ) -葡萄糖的添加降低了 NCC的活性，增加了膠狀溶液 本文為網(wǎng)絡(luò)收集精選范文、公文、論文、和其他應(yīng)用文檔，如需本文，請下載的黏度；在膠狀溶液的凝膠化過程中，D-( + )-葡萄糖 充當(dāng)體系的分散劑，阻止了螺距的繼續(xù)減小，并且隨 著D-( + )-葡萄糖濃度的增加，NCC各向異性相析出 的臨界濃度增大，光學(xué)性質(zhì)出現(xiàn)紅移現(xiàn)象。純凈的染色劑無圓二色信號，各向異性相的NCC 膠狀溶液其圓二色信號較弱，峰值呈扁平狀。Beck等 發(fā)現(xiàn)在NCC膠狀溶液中添加染料分子可以誘導(dǎo)相分 離的發(fā)生，其作用是使在已

21、出現(xiàn)的各向異性相體系中 發(fā)生進(jìn)一步誘導(dǎo)，促使兩相分離的再次發(fā)生。Cheung 等和Dong等分別在各向異性相的NCC膠狀溶液中 添加臺盼藍(lán)和剛果紅，可觀察到體系呈現(xiàn)強的圓二色 信號，證明臺盼藍(lán)和剛果紅兩種染色劑能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生 圓二色信號，并且隨著染色劑濃度的增大，圓二色信 號逐漸加強。4 NCC手性向列型液晶相的應(yīng)用利用NCC手性結(jié)構(gòu)的模板性和液晶性可制備含 手性結(jié)構(gòu)的新型功能材料，如手性有機(jī)材料、手性無 機(jī)材料、液晶彩色玻璃和手性炭材料等，在傳感器、 液晶顯示器、手性催化分離等領(lǐng)域中具有潛在的應(yīng)用 價值。4. 1光電材料NCC基手性材料的光學(xué)性質(zhì)與手性結(jié)構(gòu)的螺距 有著密切的關(guān)系，可通過改變控制

22、影響螺距的因素來 改變螺距的大小，從而來調(diào)制在紅外區(qū)、可見光區(qū)、 紫外光區(qū)選擇吸收光，利用這一特性可以制得選擇性 吸收光的纖維素薄膜。Zhang等利用NCC自組裝過 程中螺距的可逆變化引起顏色的變化，制備出可以指 示濕度的NCC薄膜材料。研究表明，NCC薄膜暴露 在水中或者濕度較高的環(huán)境中，NCC薄膜吸收水分， 手性結(jié)構(gòu)的螺距變大，導(dǎo)致其光學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，對 光的吸收波長向長波方向移動，薄膜的光學(xué)特征也由 藍(lán)色向紅色方向的移動，并且這種隨濕度變化的特征 是可逆的oNCC手性薄膜的厚度對顏色變化有重要影 響，薄膜厚度越小，顏色變化越快。貴金屬粒子的表面等離子體共振光譜對周圍介質(zhì) 介電性能和其尺寸

23、、排列都非常敏感，利用這一性能 可制備生物傳感器。在手性材料中摻雜納米銀顆粒， 能夠使得材料的光學(xué)性質(zhì)更加敏感，為傳感器的開發(fā) 提供了技術(shù)基礎(chǔ)。Qi等將由NCC液晶模板制備的手 性介孔二氧化硅材料浸泡于AgNO3溶液中制備了載 銀手性二氧化硅材料，該材料的圓二色譜具有較強的 光學(xué)信號，且圓二色譜信號的強度與AgNO3溶液的 濃度成正比。該載銀手性二氧化硅材料的光學(xué)性質(zhì)對 水非常敏感，吸水后圓二色信號呈減弱趨勢。NCC固體手性薄膜在自然光照射下呈現(xiàn)明顯的 虹彩特征并選擇性反射左旋偏振光，利用這一光學(xué)特 性可進(jìn)行加密用于防偽措施。熒光增白劑(如二胺基 二苯乙烯雙磺酸衍生物，Tinopal)在紫外光

24、照射下能 發(fā)射強熒光，可增加三分之一的加密編碼信息量。 Zhang等針對NCC薄膜的手性防偽特性做了進(jìn)一步 研究，發(fā)現(xiàn)熒光增白劑的添加會增加NCC薄膜中手 性結(jié)構(gòu)的螺距并改變手性絲狀的疇結(jié)構(gòu)。低濃度條件 下，熒光增白劑強烈的紫外熒光不會影響薄膜的虹彩 特性，而NCC薄膜在紫外光源照射下通過圓偏振器 產(chǎn)生可被肉眼或手性光譜儀器識別的虹彩性質(zhì)可使得 潛在的安全防偽性得以生效。4. 2手性炭具有手性向列型液晶相結(jié)構(gòu)的NCC懸浮液可作 為前驅(qū)體進(jìn)行多孔手性炭材料的制備，使之具備特殊 的結(jié)構(gòu)和性能。Shopsowitz等利用具有特定手性向列 型液晶相結(jié)構(gòu)的NCC膠狀溶液為前驅(qū)體，以四甲氧 基硅烷(TMO

25、S)為模板劑，通過蒸發(fā)自組裝、炭化、 除模板等制備流程，成功合成了具備左旋手性結(jié)構(gòu)的 多孔炭材料。研究者通過改變TMOS添加量對產(chǎn)物的 比表面積和孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控。該炭材料的吸附等溫線 為IV型曲線，為介孔材料，在高倍SEM視野下可觀 本文為網(wǎng)絡(luò)收集精選范文、公文、論文、和其他應(yīng)用文檔，如需本文，請下載察到長程左旋手性結(jié)構(gòu)，TEM測試結(jié)果也證明了材 料具有高度有序的孔結(jié)構(gòu)特征。他們將該手性多孔炭 材料制成電容器，以1M H2SO4為電解液，測試了其 伏安循環(huán)曲線，證明該炭材料具有優(yōu)良的電化學(xué)性能， 推動了手性炭材料的研制和應(yīng)用進(jìn)程。4. 3手性無機(jī)材料有序無機(jī)材料可利用表面活性劑液晶、嵌段共聚

26、物溶致液晶、超分子聚集體和膠體晶體等模板制備而 成。Dujardin等認(rèn)為NCC可用于制備具有雙折射特 性的硅材料中，但在制備的產(chǎn)物中未觀察到長程有序 的手性螺旋結(jié)構(gòu)。Thomas等使用羥丙基纖維素作為 模板，獲得了具有高比表面積的多孔硅材料，但手性 結(jié)構(gòu)沒有在制備的硅材料得以保留。同樣，Shin等利 用NCC作為模板劑通過煅燒制備出57 nm的納 米銳鈦礦相的二氧化鈦。這種新型的具有高比表面積 的二氧化鈦材料可廣泛地用于催化反應(yīng)、催化劑載體 和光電應(yīng)用，但也未發(fā)現(xiàn)手性螺旋的形貌結(jié)構(gòu)保留。Shopsowitz等以NCC手性向列型液晶相作為模 板，以TMOS和TEOS為硅源，合成具有左旋手性 結(jié)

27、構(gòu)的厘米級介孔二氧化硅薄膜材料，該片狀薄膜材 料在POM下呈現(xiàn)出強的雙折射性質(zhì)，改變NCC模板 劑與硅源的比例，其反射峰的波長可從可見光調(diào)節(jié)到近紅外區(qū)域。復(fù)合膜煅燒前后，材料中手性結(jié)構(gòu)的螺 距減小，光學(xué)性質(zhì)由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)色，但整體的質(zhì)地 結(jié)構(gòu)保持不變。該研究組的Kelly總結(jié)了 NCC液晶相 結(jié)構(gòu)復(fù)制于無機(jī)材料中的關(guān)鍵條件和可行性，即NCC 懸浮液的pH值在制備過程中要求精確控制，接近于 硅前驅(qū)體的等電位點。在此pH條件下，NCC能夠穩(wěn) 定分散于硅前驅(qū)體中；硅前驅(qū)體水解過程中產(chǎn)生的醇 對蒸發(fā)過程沒有干擾；體系的酸性和高水含量抑制了 硅前驅(qū)體的聚合反應(yīng)?；谝陨涎芯浚琒hopsowitz等 又以NCC手性模板獲得的手性介孔二氧化硅薄膜為 模板，以四氯化鈦作為鈦源成功制備出介孔銳鈦礦相 二氧化鈦材料，在二氧化鈦材料中手性結(jié)構(gòu)得以再次 復(fù)制保留，其介孔性取決于手性二氧化硅模板，比表 面積可達(dá)150230 m2 /g，選擇性反射左旋圓偏振 光。該手性介孔二氧化鈦薄膜材料可用于光催化和染 料敏化太陽能電池。4. 4手性有機(jī)材料Shopsowitz等用NCC手性向列型液晶相作為模 板，以1，2-雙（三甲氧基硅基）乙烷和1，2-雙（三 乙氧基硅基）乙烷為硅源，合成了具有長程手性結(jié)構(gòu) 和特殊光學(xué)活性的乙烯連接的介孔有機(jī)硅膜。制備過 程