Titania and Silica Materials Derived from Chemically Dehydrated Porous Botanical Templates
Titania and Silica Materials Derived from Chemically Dehydrated Porous Botanical Templates
复制标题
来自化学脱水多孔植物模板的二氧化钛和二氧化硅材料
DOI：
10.1021/cm3016534
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发表时间：
2012
影响因子：
8.6
通讯作者：
Gillan, Edward G.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zimmerman, Andrew B.;Nelson, Ashley M.;Gillan, Edward G.
本研究描述了一种温和的室温化学脱水方法的发展，该方法可以有效地从脆弱的活植物叶片物种中去除水分，而不会破坏或物理降解其宏观结构。脱水的植物材料保留了广泛的维管和细胞结构，随后用作金属氧化物生长的模板表面。简单的室温化学脱水工艺利用2,2-二甲氧基丙烷（DMP）与水进行酸催化反应，生成甲醇和丙酮。化学脱水得到的植物材料相对坚固，保留了其复杂的内部细胞和维管结构，尽管去除了70%以上的原始质量，但物理尺寸几乎没有减少。从几种不同的叶片中提取脱水植物模板，制备二氧化钛和二氧化硅结构。通过简单的台式液体吸收法，将水反应性钛和硅醇氧化合物前驱体掺入DMP干燥模板中。随后的水解、热解和在空气中煅烧去除模板的纤维素框架，在475°C下得到结晶锐钛矿tio2或在1000°C下得到结晶石sio2。氧化物单体保留了原植物的大部分宏观和微观细胞结构。强调了与使用植物材料作为无机结构模板相关的挑战。DMP脱水方法提供了一种潜在的非常多样化的活植物物种，作为具有自然启发结构的无机材料的模板。
This study describes the development of a mild room-temperature chemical dehydration method that effectively removes water from fragile living botanical leaf species without collapsing or physically degrading their macrostructure. The dehydrated plant materials retain an extensive vascular and cellular structure that was subsequently used as templating surfaces for metal oxide growth. The facile room-temperature chemical dehydration process used 2,2-dimethoxypropane (DMP) in acid-catalyzed reactions with water to yield methanol and acetone. The resulting chemically dehydrated botanical materials are relatively robust and retain their intricate internal cellular and vascular structures with little reduction in physical size despite the removal of over 70% of their original mass. Dehydrated botanical templates from several different leaf species were used to produce titania and silica structures. Water reactive titanium and silicon alkoxide precursors were incorporated into the DMP dried templates through a simple benchtop liquid absorption method. Subsequent hydrolysis, pyrolysis, and calcination in air removed the template’s cellulose framework and yielded crystalline anatase TiO2at 475 °C or crystobalite SiO2at 1000 °C. The oxide monoliths retain large portions of the original plant’s macroscopic and microscopic cellular structure. Challenges related to using botanical materials as inorganic structure templates are highlighted. DMP dehydration methods provide access to a potentially very diverse set of living botanical species as templates to inorganic materials with nature-inspired structures.
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