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微反应器合成微纳米材料的前世今生

更新时间:2024-04-22  |  点击率:183
  研究背景
 
  迄今为止,由于量子隧道效应、尺寸效应、表面和边界效应以及库仑堵塞效应等奇妙特性,大量具有易于调节尺寸、结构和成分的微纳米材料被广泛开发并应用于光电子、环境材料、生物成像、农业产业和药物输送等领域。因此,微纳米材料加工属于材料制造和应用领域,以实现在微纳米尺度上的工业产品设计为目标,属于21世纪最有趣的产业之一,被认为具有与信息技术和生物技术领域一样大的潜力。
 
  然而,传统批量合成方法相对不灵活的缺点导致人们对微流控湿化学合成越来越感兴趣,这使得连续制造工艺的发展成为可能。以微通道为代表的微反应器为化工材料的生产提供了一种高效稳定的方法,具有产物性质可控、回收率或选择性高、反应体积小、能耗低、经济效益可观等优点。
 
  研究亮点
 
  本文综述了近年来微反应器合成微纳米材料的研究进展。

 

  首先,对目前应用于微纳米材料合成的微反应器的制造和设计原理进行了总结和分类。
 
  然后,通过典型实例论述阐明包括金属纳米颗粒,无机非金属纳米颗粒,有机纳米颗粒,Janus 颗粒和 MOF 材料在内的多种微纳米材料加工合成。
 
  最后,对微反应器合成微纳米材料的未来研究前景和关键问题进行了讨论,包括继续优化微反应器的设计和加工成本,将多功能纳米材料集成到微反应器中,改进微尺度下的材料合成理论和原位检测技术,从理论测试向商业应用过渡。
 
  总之,微反应器为微纳米材料合成提供了新思路和新方法,在规模化生产和科研方面潜力巨大。

 图1 微反应器类型:(a) 典型反应器,(b) 并联和串联反应器,(c) 网格反应器。
 

 图2 (a) (上) 三维蛇形通道示意图,(中) 方波通道示意图,(下) 直线通道示意图。(b) 弧形微通道示意图。(c) 交错人字形混合器 (SHM)。

 

 

 图3 微反应器合成金属纳米颗粒
 

 图4 微反应器合成无机非金属纳米颗粒
 

 图5 微反应器合成有机纳米颗粒
 

 图6 微反应器合成Janus颗粒
 

 图7 微反应器合成MOF材料
 

  总结与展望
 
  微反应器和连续流化学反应越来越多地被许多领域所接受,并以灵活可控的方式应用于人们生活的方方面面。本文综述了微反应器的制备和设计原理,并详细阐述了微反应器在微纳米材料加工和合成领域的广泛适用性。因此,微反应器是微纳米材料合成的有效平台。微反应器可以在微观尺度上运行,这意味着分子碰撞频率在在动力学上被显著增加,最终实有效改善产品生产周期。目前,微反应器技术已经成功地解决了工业大规模生产合成材料或化学品所面临的一些问题。
 
  该成果以“Microreactor-based micro/nanomaterials: fabrication, advances, and outlook”为题,发表于英国皇家学会旗舰期刊 Materials Horizons昆明理工大学冶金与能源工程学院冉剑锋为本文第一作者,尹少华教授、李世伟教授和张利波教授为本文通讯作者。

 

  论文信息
 
  Microreactor-based micro/nanomaterials: fabrication, advances, and outlook
 
  Jianfeng Ran, Xuxu Wang, Yuanhong Liu, Shaohua Yin, Shiwei Li and Libo Zhang
 
  Mater. Horiz. , 2023

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