碳質(zhì)纖維和微球的制備及應(yīng)用.pdf

1、碳質(zhì)材料溫和的制備條件與多樣的形貌和組成，在很多領(lǐng)域有非常好的應(yīng)用前景。特別是近年來超疏水纖維狀固體表面的發(fā)現(xiàn)與新興微流控技術(shù)的發(fā)展對碳質(zhì)材料的制備及應(yīng)用都有重要影響。本文首先利用銅催化乙炔聚合，在固體表面生長碳質(zhì)纖維(CF)，制備仿生纖維狀固體表面;然后將其集成在微流控芯片中，顯示了良好的生物及化學應(yīng)用價值;隨后深入考察碳質(zhì)纖維在微通道內(nèi)的原位生長及其催化應(yīng)用;最后在微反應(yīng)器中將生物質(zhì)連續(xù)水熱碳化，制備了不同組成的碳質(zhì)顆粒。論文的主要

2、內(nèi)容與結(jié)果如下:
　　在270℃下利用銅催化乙炔聚合，在不同固體表面生長圖案化的碳質(zhì)纖維。其中硅表面的銅催化劑分布均勻，生長了直徑均勻(≈300 nm)的碳質(zhì)纖維。通過調(diào)節(jié)硅片表面碳質(zhì)纖維的圖案，制備了接觸角約為145°、160°和170°的固體表面。網(wǎng)格圖案碳質(zhì)纖維作為氣柵，將綠藻細胞禁錮在其構(gòu)成的微井陣列中，顯示了良好的隔離性和穩(wěn)定性。含銅催化劑圖案的硅片二次鍍銅后生長了分級結(jié)構(gòu)碳質(zhì)纖維(HCF)。將HCF集成在雙通道微流控芯

3、片中實現(xiàn)了氣液相反常層流流動，在銅離子的多步絡(luò)合反應(yīng)中顯示了良好的性能。用二氧化硅選擇性地修飾HCF表面小突起的頂端，制備了具有超疏水、高粘附和高儲氣等特性的仿人厭槐葉萍葉面的固體表面。通過在二氧化硅中引入氨基官能團，并與熒光染料、細胞等反應(yīng)，在固體表面固定了熒光染料和綠藻細胞。
　　考察了碳質(zhì)纖維在不同微通道中的原位生長，結(jié)果證明微反應(yīng)器和銅催化劑對碳質(zhì)纖維的形貌有較大影響。銅催化劑在聚二甲基硅氧烷-硅片(PDMS-Si)芯片中

4、分布均勻，有利于生長均勻的碳質(zhì)纖維。微通道中較短的鍍銅時間(＜30 s)有利于制備無序交纏碳質(zhì)纖維(ECF)，較長鍍銅時間(＞60 s)則容易形成定向有序碳質(zhì)纖維(ACF)。隨著碳質(zhì)纖維生長時間的增加，ACF逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镋CF。由于碳質(zhì)纖維表面的碳碳雙鍵易被空氣氧化，反應(yīng)器中的ECF經(jīng)高溫濕空氣處理以提高鈀催化劑的分散度，然后連續(xù)催化Suzuki等反應(yīng)，顯示了良好的性能。
　　最后，在微流控系統(tǒng)中將葡萄糖連續(xù)水熱轉(zhuǎn)化為碳質(zhì)微球。結(jié)果