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有序介孔材料及其应用 讲解人：赵宏滨 内容简介： 多孔材料的分类 定义：有序介孔材料是以表面活性剂分子聚集体为模板，利用溶胶凝胶工艺，通过有机物和无机物之间的界面作用组装生成的孔道规则、孔径介于2-50nm的多孔材料。 介孔材料出现与分类 按照化学组成： 硅基介孔材料 分为纯硅介孔材料和掺杂其他元素的介孔材料两大类。纯硅介孔分子筛材料包括MCM、SBA、FSM、HMS、MSU等结构。 非硅基介孔材料 包括碳、过渡金属氧化物、磷酸盐以及硫化物。相对于硅基材料，非硅基介孔材料由于热稳定性较差，焙烧后孔道容易坍塌，而且比表面积低，空体积较小，合成机制还不够完善，因此目前对非硅基介孔材料的研究尚不如对硅基介孔材料研究活跃。但由于其组成的多样性所产生特性，光电以及催化等，在固体催化、光催化、分离、光致变色材料、电极材料、信息储存等应用领域存在广阔的前景，因此日益受到人们的关注。 介孔材料出现与分类 按照介孔是否有序： 无定形(无序)介孔材料 孔径范围较大，孔道形状不规则，如普通的SiO2气凝胶、微晶玻璃等。 有序介孔材料 以表面活性剂形成的超分子结构为模板，利用溶胶-凝胶工艺，通过有机物和无机物之间的界面定向导引作用组装成一类孔径约在2~50nm，孔径分布窄且有规则孔道结构的无机多孔材料。有序介孔材料是20世纪90年代初迅速兴起的一类新型纳米结构材料，它利用有机分子表面活性剂作为模板剂，与无机源进行界面反应，以某种协同或自组装方式形成由无机离子聚集体包裹的规则有序的胶束组装体，通过煅烧或萃取方式除去有机物质后，保留下无机骨架，从而形成多孔的纳米结构材料，在催化、吸附、分离及光、电、磁等许多领域有着潜在的应用价值。 1992年Mobil公司的科学家首次报道合成了M41M系列介孔分子筛。 它们具有规整有序的孔道结构，比表面积大，孔径在1.5～10nm之间可调。这一报道立即引起国际学术界的重视，从此掀起介孔材料研究的热潮。近年有序介孔材料的研究可归纳如下： 介孔分子筛 1992年Mobil公司报导的MCM-41开始了介孔材料的合成 M41系列：MCM-41，MCM-48，MCM-50 合成机理 1）表面活性剂：亲水基和长链憎水基 双头双尾型：CmH2m+1N+(CH3)2(CH2)sN+(CH3)2CmH2m+1 → Cm-s-m 2）MCM-41合成:将CTAB在硅酸钠的碱性液中100度晶化 3）合成机理： a）Mobil提出液晶机理，但被否定了 溶液中 CTAB成六方相需28%（ MCM-41需则2%) 立方相需80%（ MCM-48需则10%) Stucky机理 3）基本无电荷参与的介孔材料生成 使用中性的有机胺表面活性剂S0 或非离子聚乙二醇氧化物表面活性剂N0 为模板剂 4）有机无机之间也可以是共价键连接S-I 合成规律 决定介孔产物晶相的因素有哪些？ 浓度、温度、表面活性剂的分子堆积参数等。 表面活性剂的分子堆积参数g能够作为一个指标来预测和解释产物的结构。 g虽是一个简单的几何计算，但是它可以较好地描述在特定条件下哪一种液晶相生成，在介孔材料的合成中它能告诉我们怎样控制合成条件和参数来得到想要的物相，它也能较好的解释观察到的实验现象。 分子堆积参数g g=V/al V等于表面活性剂的整体体积； a等于表面活性剂的头的有效面积； l等于表面活性剂长链的长度。 g小于1/3时，生成SBA-1（Pm3n立方相）和SBA-2（P63/mmc三维立方 相） 1/3至1/2之间生成MCM-41（p6m二维六方相） 1/2至2/3之间生成MCM-48（Ia3d立方相） 接近1时生成MCM-50（层状相）。 有序介孔硅材料的合成过程示意图 介孔材料简介 介孔材料是指孔径位于2～50nm，且具有一定长程有序性的纳米多孔材料。介孔材料因表面积大、孔径分布均一及结构有序的特性而被广泛应用于催化载体、吸附材料及分离介质等领域。1992年Mobil公司的研究人员首次使用烷基季铵盐型阳离子表面活性剂作为模板剂成功合成出M41S介孔材料（MCM-41、MCM-48、MCM-50等），从而将多孔材料从微孔扩展到介孔，且在微孔材料（如沸石）与大孔材料（如活性炭）之间架起了一座桥梁。 生成机理 为了解释MCM-41的合成机理，Mobil最早提出了液晶模板（LCT）机理。 这个机理认为表面活性剂生成的液晶作为形成MCM