助剂改性钨酸铋及增强可见光光催化性能的研究.doc

助剂改性及增强可见光光催化性能的研究 1 绪论 1.1 多孔纳米材料的简介 多孔纳米材料是具有网络孔结构的一类材料，其网络孔结构多由封闭的或相互贯通的孔洞构成，且又由平板或支柱组成其孔洞的界面或边缘部分。相比与传统的无孔材料而言，它最为明显的优点是:密度低、质量小、比表面积大、阻尼性能优秀、比力学性能强等。由于其具有明显优异的物理、力学性能，多孔材料已经成为一种备受人们关注和喜爱的工程材料，它独有的结构和功能的双重特性已经使其成为90年代初迅速兴起的一类具有广泛应用前景的新型功能结构材料。 多孔材料的低密度、高比强度等优点使其的应用范围远远超过单一功能的材料，同时又兼具孔径均一和多孔性的特点，使其在微加工、选择性吸附、储氢储能、催化剂装载、生物分离、矿化、色谱载体、模板合成、电子器件和传感器研制等许多领域有着广泛的应用，因而多孔材料引起了物理学、化学及材料学界的高度重视，并得到了迅猛发展，成为跨学科的研究热点之一。 按照国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)的规定，把多孔材料按其孔径大小可以分为三类，孔径小于2 nm为微孔材料，大于50 nm则被称为大孔材料，介孔材料是指孔径处于2-50 nm之间的一类多孔固体材料。 1.1.1 微孔材料概述 微孔材料因其基体内含有大量微气泡结构，具有质轻、省料、隔热、能吸收冲击载荷等特性，被广泛应用在包装、建筑、运输、隔音、分离、催化剂载体等领域。 微孔材料因其应用的领域和作用不同，可以分为微孔分子筛、微孔膜和微孔泡沫、微孔陶瓷等。微孔分子筛具有比表面积大、吸附能力强等特点，主要应用在净化和储气方面，应用原理是分子筛的吸附原理。微孔膜主要是在基体表面镀膜，由于微孔膜质轻、膜薄等优点，在没有改变物质本身性质特点的情况下可以增强抗腐蚀能力和耐热性、延长使用寿命。微孔泡沫则因质轻、省料、隔热、能吸收冲击载荷等优点而得到很广泛的应用。但微孔材料由于其孔道太小而在大分子的吸附分离、催化等方面的应用受到很大的限制。 常见的微孔材料制备方法有水热法、原位合成法、非水体系合成法、蒸汽相体系合成法、单体聚合法等[11]。 1.1.2 介孔材料及其制备方法 介孔材料由于具有较大的比表面积和孔体积；均一的且在纳米尺寸上连续可调的孔径；从一维到三维的规则有序的孔道结构；可控的形貌，如膜，片，球等；表面基团可官能化；SiO2无生理毒性等一系列优点，使得它们在大分子或大离子吸附和分离、化学传感器、生物医学、化工催化、环境保护以及纳米材料的合成等领域展现出较传统沸石分子筛无可比拟的优越性和广阔的应用前景。因此，自从1992年美国Mobil公司Kresge和Beck等[12-13]首先成功地利用烷基季铵盐阳离子表面活性剂为模板剂，合成出孔径在1.5~10 nm范围可调变的新型M41S系列氧化硅（铝）基有序介孔分子筛以后，介孔分子筛的研究迅速成为国际上的一个研究热点，尤其是近年来，随着合成技术的不断创新，HMS、MSU、SBA分子筛系列，Al2O3、PbO2 、Fe2O3、WO3 、V2O3、MoO3、ZrO2等金属氧化物介孔物质，部分金属硫化物、磷酸盐分子筛，以及上述硅基介孔分子筛的金属杂原子衍生物不断见诸报道，使介孔分子筛的研究呈现出蓬勃发展的景象，有关它们的合成方法、合成机理、骨架改性、表面修饰等方面的研究已经取得了丰硕的成果。 合成介孔分子筛的常用方法是水热合成法、室温合成、微波合成、湿胶焙烧法、相转变法及在非水体系中合成也有一些报道。典型的介孔分子筛的合成体系由表面活性剂、构成分子筛骨架的无机物种和溶剂相组成。选择无机相的主要理论依据是sol-gel化学，即原料的水解和缩聚速度适当，且经过水热过程等处理后提高其缩聚程度。根据目标介孔材料的骨架组成元素，无机物种可以是直接加入的无机盐，也可以是水解后可以产生无机低聚体的有机金属氧化物，如Si(OEt)4 、Al(i-OPr)3等。 介孔材料主要通过可溶性硅源与表面活性剂胶束通过自组装的方式形成。在不同的合成体系中形成介孔分子筛的一个共同点是表面活性剂极性头和无机物种存在界面组装作用力。改变两相界面作用力的不同类型（如静电作用、氢键作用或配位作用）或调变其相对大小（如调变胶束表面电荷密度可以调节两相静电引力大小；调变反应温度可以调节氢键作用粒大小等可以使合成路线多样化。利用不同的界面组装作用，使用不同的表面活性剂和无机物种形成特定的合成体系，可以得到结构、形貌和孔径大小不同的介孔分子筛。这些为促进介孔分子筛在不同领域的应用开发奠定了基础。 1.1.3 大孔材料的应用 大孔材料的研究是近年来发展起来的十分新颖的课题。由于受益于生物界模板合成的启示，人们以单分散胶体颗粒为模板，合成了一系列尺寸分布均一有序、孔道内部连通的大孔分子筛，这种大孔材料在催化和新型的光电材料的制