高表面积的功能材料涂覆结构制造技术

用于形成固体材料和孔的互连网络的方法，其中金属仅存在于互连网络结构的空气/固体界面处。在一些实施方案中，可将纳米颗粒修饰的牺牲颗粒用作牺牲模板，用于形成具有互连的固体材料网络和互连的孔网络的多孔结构。纳米颗粒主要存在于空气/固体界面处，并允许纳米颗粒在互连结构的限定位置处的进一步生长和可获得性。SEM和TEM测量揭示了3D互连多孔结构的形成，其中纳米颗粒主要存在于互连结构的空气/固体界面处。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】高表面积的功能材料涂覆结构版权通知本专利公开内容可能包含受到版权保护的材料。版权所有者不反对任何人对专利文献或专利公开内容的复制本复制，因为其出现在美国专利商标局专利文件或记录中，但是在其他方面保留任何和所有的版权权利。相关申请的交叉引用本专利申请要求2013年6月28日提交的美国专利申请号61/840，991的较早申请日的权益，通过引用将其内容以其全文并入本文。通过引用并入通过引用将在本文中引用的所有专利、专利申请和专利公开以其全文由此并入，以便更充分地描述自在本文中所描述的专利技术日期时本领域技术人员已知的现有技术。
本申请涉及涂覆有功能材料的高表面积结构。更特别地，本申请涉及涂覆有功能材料的高表面积结构，其可适用于应用例如催化、光学、抗菌、传感和类似应用。
技术介绍
许多不同的应用使用功能材料。通常来说，这种功能材料需要接触所关注的材料(例如反应物、分析物等)从而为活性的。特别地，如果需要固体载体，那么将功能材料添加至该固体载体，由于大多数嵌入完全包封该功能材料的固体载体材料中或者由于其它原因(聚积、化学状态变化、或者二者)而不处于足够活性的状态的事实，许多保持为不可获得的。专利技术概述在一些实施方案中，本公开内容涉及用于制作多孔结构的方法。该方法包括:将一种或多种纳米尺寸的功能材料附接至牺牲颗粒的表面以获得纳米材料改性的牺牲颗粒，其中所述多种纳米尺寸的功能材料所具有的尺寸小于牺牲颗粒的特性尺寸的7.75% ;将纳米材料改性的牺牲颗粒布置成包含纳米材料改性的牺牲颗粒构造的组件，在所述纳米材料改性的牺牲颗粒之间具有互连的间隙孔空间；使用材料填充该组件，该材料填充该互连的间隙孔空间；以及去除牺牲颗粒以形成互连多孔网络结构，该互连多孔网络结构包含限定互连的孔网络的互连的固体材料网络；其中该一种或多种纳米尺寸的功能材料主要存在于限定互连的孔网络的互连的固体材料网络的表面上。 在一些实施方案中，该牺牲颗粒包括胶体颗粒。在一些实施方案中，该互连多孔网络结构具有大于50%的孔隙率。在一些实施方案中，该一种或多种纳米尺寸的功能材料选自由金、钯、铂、银、铜、铭、舒、铼、锇、铱、铁、钴、镍及其组合构成的组。在一些实施方案中，该一种或多种纳米尺寸的功能材料选自由硅、锗、锡、掺杂有第III族或第V族元素的娃、掺杂有第III族或第V族元素的锗、掺杂有第III族或第V族元素的锡及其组合构成的组。在一些实施方案中，该一种或多种纳米尺寸的功能材料选自由氧化铍，氧化硅，氧化铝，贵金属氧化物，铂族金属氧化物，二氧化钛，氧化锆，氧化铪，钼氧化物，钨氧化物，铼氧化物，钽氧化物，氧化铌，钒氧化物，铬氧化物，钪、钇、镧和稀土的氧化物，钍、铀的氧化物及其组合构成的组。在一些实施方案中，该一种或多种纳米尺寸的功能材料包含混合金属氧化物(ΜΜ0)，其包含碱金属、碱土金属、稀土金属和贵金属以及其它金属，杂多酸或其组合。在一些实施方案中，该一种或多种纳米尺寸的功能材料选自由纯且混合的金属硫化物、其它硫属化物、氮化物、其它磷属元素化物及其混合物构成的组。在一些实施方案中，该一种或多种纳米尺寸的功能材料包括用于化学反应的催化剂。在一些实施方案中，该互连的固体材料网络为晶态逆蛋白石结构。在一些实施方案中，该互连的固体材料网络为无序互连结构。在一些实施方案中，固体材料选自由氧化铝、氧化硅、二氧化钛、无机溶胶-凝胶衍生的氧化物、聚合物、无规共聚物、嵌段共聚物、树枝状聚合物、超分子聚合物、金属及其组合构成的组。在一些实施方案中，牺牲颗粒选自由聚苯乙烯(PS)胶体颗粒、氧化硅颗粒、丙烯酸酯颗粒、烷基丙烯酸酯颗粒、取代的烷基丙烯酸酯颗粒、聚(二乙烯基苯)颗粒、聚合物、无规共聚物、嵌段共聚物、树枝状聚合物、超分子聚合物及其组合构成的组。在一些实施方案中，该方法进一步包括:提供生长溶液以形成连续壳，该连续壳主要存在于所述固体材料网络和所述孔网络之间的界面处。在一些实施方案中，该方法进一步包括:提供生长溶液，以使附接至牺牲颗粒表面的所述一种或多种纳米尺寸的功能材料生长。在一些实施方案中，该一种或多种纳米尺寸的功能材料的生长形成纳米壳。在一些实施方案中，同时进行布置和填充。在一些实施方案中，使用乳液模板法(templating)来进行布置和填充。在一些实施方案中，该方法进一步包括:将额外的功能材料提供至该一种或多种纳米尺寸的功能材料，该一种或多种纳米尺寸的功能材料主要存在于所述互连的固体材料网络和所述互连的孔网络之间的界面处。在一些实施方案中，本公开内容涉及一种互连多孔网络结构，其包括限定互连的孔网络的互连的固体材料网络，其中互连的固体材料具有晶态逆蛋白石结构；和纳米颗粒，主要存在于限定互连的孔网络的所述互连的固体材料网络的表面上。在一些实施方案中，纳米颗粒选自由金属纳米颗粒、半导体纳米颗粒、金属氧化物纳米颗粒、混合金属氧化物纳米颗粒、金属硫化物纳米颗粒、金属硫属化物纳米颗粒、金属氮化物纳米颗粒、金属磷属元素化物纳米颗粒及其组合构成的组。在一些实施方案中，纳米颗粒选自由金、钯、铂、银、铜、铑、钌、铼、锇、铱、铁、钴、镍及其组合构成的组。在一些实施方案中，纳米颗粒选自由硅、锗、锡、掺杂有第III族或第V族元素的娃、掺杂有第III族或第V族元素的锗、掺杂有第III族或第V族元素的锡及其组合构成的组。在一些实施方案中，纳米颗粒包括用于化学反应的催化剂。在一些实施方案中，纳米颗粒选自由氧化硅，氧化铝，氧化铍，贵金属氧化物，铂族金属氧化物，二氧化钛，氧化锆，氧化铪，钼氧化物，钨氧化物，铼氧化物，氧化钽，氧化铌，铬氧化物，钪、钇、镧、氧化铈和稀土的氧化物，钍和铀的氧化物及其组合构成的组。在一些实施方案中，固体材料选自由氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锆、氧化铪、无机溶胶-凝胶衍生的氧化物、聚合物、无规共聚物、嵌段共聚物、接枝聚合物、星形聚合物、树枝状聚合物、超分子聚合物、金属及其组合构成的组。在一些实施方案中，纳米颗粒在尺寸上生长达到并包括形成连续壳，其主要存在于所述固体材料网络和所述孔网络之间的界面处。【附图说明】在结合附图考虑以下的详细描述时，目的和优点将为明显的，其中贯穿附图相同的附图标记表示相同的部分，并且其中:图1为示出根据一些实施方案用于形成互连多孔网络结构的方法的示意性说明，其中该互连多孔网络结构具有仅存在于空气/固体界面处的纳米颗粒；和图2A-2C为根据一些实施方案使用球形胶体颗粒作为牺牲颗粒并使用共组装方法来形成互连多孔网络结构的一个例子，其中该互连多孔网络结构具有仅存在于空气/固体界面处的纳米颗粒；和图3A-3C示出根据一些实施方案的用不同尺寸的金属纳米颗粒修饰的胶体颗粒的图像；图4A-4I证明了根据一些实施方案，取决于纳米颗粒的尺寸，可以获得的长程有序的变化程度；图5A-5C示出根据一些实施方案的存在于互连多孔结构的空气/固体界面处的金属纳米颗粒的生长；图6A-6B为示出根据一些实施方案的用于形成递阶的互连多孔网络结构的方法的示意性说明，该递阶的互连多孔网络结构具有仅存在于空气/固体界面处的两种不同的纳米颗粒。专利技术详述...

【技术保护点】
用于制作多孔结构的方法，该方法包含：将一种或多种纳米尺寸的功能材料附接至牺牲颗粒的表面以获得纳米材料改性的牺牲颗粒，其中所述多种纳米尺寸的功能材料所具有的尺寸小于牺牲颗粒的特性尺寸的7.75％；将纳米材料改性的牺牲颗粒布置成包含纳米材料改性的牺牲颗粒构造的组件，在所述纳米材料改性的牺牲颗粒之间具有互连的间隙孔空间；使用材料填充该组件，该材料填充该互连的间隙孔空间；去除牺牲颗粒以形成互连多孔网络结构，该互连多孔网络结构包含限定互连的孔网络的互连的固体材料网络；其中该一种或多种纳米尺寸的功能材料主要存在于限定互连的孔网络的互连的固体材料网络的表面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·艾曾博格，T·希尔曼，N·沃格尔，M·科勒，M·艾曾博格，
申请(专利权)人：哈佛学院院长及董事，
类型：发明
国别省市：美国;US